Nho, In Sik;Lee, Jae-Man;Oh, Young-Taek;Kim, Sung-Chan
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.2
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pp.85-91
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2016
The most important factor in the structural design of ships and offshore structures operating in arctic region is ice load, which results from ice-structure interaction during the ice collision process. The mechanical properties of ice related to strength and failure, however, show very complicated aspect varying with temperature, volume fraction of brine, grain size, strain rate and etc. So it is nearly impossible to establish a perfect material model of ice satisfying all the mechanical characteristics completely. Therefore, in general, ice collision analysis was carried out by relatively simple material models considering only specific aspects of mechanical characteristics of ice and it would be the most significant cause of inevitable errors in the analysis. Especially, it is well-known that the most distinctive mechanical property of ice is high dependency on strain rate. Ice shows brittle attribute in higher strain rate while it becomes ductile in lower strain rate range. In this study, the simulation method of ice collision to ship hull using the nonlinear dynamic FE analysis was dealt with. To consider the strain rate effects of ice during ice-structural interaction, strain rate dependent constitutive model in which yield stress and hardening behaviors vary with strain rate was adopted. To reduce the huge amount of computing time, the modeling range of ice and ship structure were restricted to the confined region of interest. Under the various scenario of ice-ship hull collision, the structural behavior of hull panels and failure modes of ice were examined by nonlinear FE analysis technique.
In this study, the influence of silicon contents on the microstructure, mechanical and tribological properties of Ti-Al-Si-N coatings were systematically investigated for application of cutting tools. The composition of the Ti-Al-Si-N coatings were controlled by different combinations of TiAl2 and Ti4Si composite target powers using an arc ion plating technique in a reactive gas mixture of high purity Ar and N2 during depositions. Ti-Al-Si-N films were nanocomposite consisting of nanosized (Ti,Al,Si)N crystallites embedded in an amorphous Si3N4/SiO2 matrix. The instrumental analyses revealed that the synthesized Ti-Al-Si-N film with Si content of 5.63 at.% was a nanocomposites consisting of nano-sized crystallites (5-7 nm in dia.) and a three dimensional thin layer of amorphous Si3N4 phase. The hardness of the Ti-Al-Si-N coatings also exhibited the maximum hardness value of about 47 GPa at a silicon content of ~5.63 at.% due to the microstructural change to a nanocomposite as well as the solid-solution hardening. The coating has a low friction coefficient of 0.55 at room temperature against an Inconel alloy ball. These excellent mechanical and tribological properties of the Ti-Al-Si-N coatings could help to improve the performance of machining and cutting tool applications.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.13
no.6
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pp.1243-1248
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2018
Metal Powder Metallurgy is a manufacturing technology that makes unique model parts or a certain type of product by using a hardening phenomenon when a powder of metal or metal oxide is put it into a mold and compression-molded by a press and then heated and sintered at a high temperature. Powder metallurgical press equipment is mainly used to make the parts of automobile, electronic parts and so on, and most of them are manufactured using precise servo motor. The intelligent precision servo control powder molding press system which is designed and implemented in this paper has advantages of lowering the price and maintaining the precision by using the mechanical camshaft for the upper ram part and precisely controlling the lower ram part using the high precision servo system. In addition, OPC-based monitoring and process data collection systems are designed and implemented to provide scalability that can be applied to smart manufacturing management systems that utilize Big Data in the future.
Concrete-filled steel tubes (CFSTs) are increasingly used as composite sections in structures owing to their excellent load bearing capacity. Therefore, predicting the mechanical behavior of CFST sections under axial compression loading is vital for design purposes. This paper presents the first study on the nonlinear analysis of heated CFSTs with high-strength concrete core containing steel fiber and waste tire rubber under axial compression loading. CFSTs had steel fibers with 0, 1, and 1.5% volume fractions and 0, 5, and 10% rubber particles as sand alternative material. They were subjected to 20, 250, 500, and 750℃ temperatures. Using flow rule and analytical analysis, a model is developed to predict the load bearing capacity of steel tube, and hoop strain-axial strain relationship, and axial stress-volumetric strain relationship of CFSTs. An elastic-plastic analysis method is applied to determine the axial and hoop stresses of the steel tube, considering elastic, yield, and strain hardening stages of steel in its stress-strain curve. The axial stress in the concrete core is determined as the difference between the total experimental axial stress and the axial stress of steel tube obtained from modeling. The results show that steel tube in CFSTs under 750℃ exhibits a higher load bearing contribution compared to those under 20, 250, and 500℃. It is also found that the ratio of load bearing capacity of steel tube at peak point to the load bearing capacity of CFST at peak load is noticeable such that this ratio is in the ranges of 0.21-0.33 and 0.31-0.38 for the CFST specimens with a steel tube thickness of 2 and 3.5 mm, respectively. In addition, after the steel tube yielding, the load bearing capacity of the tube decreases due to the reduction of its axial stiffness and the increase of hoop strain rate, which is in the range of about 20 to 40%.
Miranda, Marcela P.;Tamayo, Jorge L.P.;Morsch, Inacio B.
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.5
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pp.617-631
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2022
In this paper the viscoelastic responses of four experimental steel-concrete composite beams subjected to highly variable environmental conditions are investigated by means of a finite element (FE) model. Concrete specimens submitted to stepped stress changes are also evaluated to validate the current formulations. Here, two well-known approaches commonly used to solve the viscoelastic constitutive relationship for concrete are employed. The first approach directly solves the integral-type form of the constitutive equation at the macroscopic level, in which aging is included by updating material properties. The second approach is postulated from a rate-type law based on an age-independent Generalized Kelvin rheological model together with Solidification Theory, using a micromechanical based approach. Thus, conceptually both approaches include concrete hardening in two different manners. The aim of this work is to compare and analyze the numerical prediction in terms of long-term deflections of the studied specimens according to both approaches. To accomplish this goal, the performance of several well-known model codes for concrete creep and shrinkage such as ACI 209, CEB-MC90, CEB-MC99, B3, GL 2000 and FIB-2010 are evaluated by means of statistical bias indicators. It is shown that both approaches with minor differences acceptably match the long-term experimental deflection and are able to capture complex oscillatory responses due to variable temperature and relative humidity. Nevertheless, the use of an age-independent scheme as proposed by Solidification Theory may be computationally more advantageous.
This study investigated the effects of KN and process time on the formation of a compound layer at a nitriding temperature of 540℃ for SCR420H material. As a result of controlled nitriding from 3 h to 20 h at KN 1.2 atm-1/2, compound layers were formed up to about 10 ㎛, and an effective hardening depth of about 460 ㎛ was obtained. Initially, an ε+γ' complex phase was formed, and the phase fraction changed over time, and finally, the fraction of ε phase decreased to less than 1%. With higher KN, the compound thickness increased, a pore layer was formed on the surface, and the surface hardness decreased. By applying the controlled nitriding process, it was possible to produce annulus gears with a compound thickness of 12.8 ㎛ and an ε phase of 5% or less. The annulus gears made through controlled nitriding were mounted on a 6-speed transmission and tested for durability. As a result, the durability test of 250,000 km was satisfied, and the transmission efficiency was also confirmed to be expected.
Park, Moon Gil;Choi, Ki Hyo;Nam, Young Kug;Jeong, Jin Hoon
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1D
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pp.57-65
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2008
Joint of concrete pavement contributes to improvement of pavement performance by preventing occurrence of random cracking due to drying shrinkage and temperature changes of concrete slabs at early age. However, saw-cutting operations performed prior to sufficient concrete hardening develop micro-cracking of the concrete near the joints, which may develop to long-term distresses due to repetitious traffic and environmental loadings. To reduce the distresses, the joint crack inducers with heights of 100 mm, 150 mm, and 220 mm and the joint cracking slots with various depth were installed at a test section to investigate occurrence of the joint cracks and their behaviors over 5 months. As the results, higher efficiency of the crack inducing and larger behavior of the joint cracks were observed for the taller joint crack inducer. Higher efficiency of the crack inducing and improvement of the joint performance are warranted by additional investigation and reformation of the joint crack inducer.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.20
no.1
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pp.25-31
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2024
The core shroud of rector vessel internals (RVI) of OPR1000 and ARP1400 is made of Type 304 stainless steel (SS) by bending and welding process that may induce high deformation and residual stress in manufacturing. This work aims to evaluate the susceptibility of stress corrosion crack (SCC) initiation of bent parts of RVI in high temperature primary water environment. For SCC initiation test, tensile specimens were fabricated from the 90 degree bent plate of Type 304 SS (DT specimen), that is an archived part of a Korean APR1400. After the SCC initiation test, the specimen surface was thoroughly examined by optical and scanning electron microscopy, and compared to the specimen fabricated from the as-received plate of Type 304 SS (AR specimen). The surface observation revealed that SCC initiated on the AR specimen surface in typical intergranular (IG) mode, while SCC on the DT specimen occurred in transgrannular mode as well as IG mode. It was also found that the size and number of SCC on the DT specimen were larger than that on the AR specimen. This was attributable to a strain-hardening during the bending process. To compare the susceptibility of SCC initiation, total crack density (TCD) was calculated from the total crack length divided by the measured area of AR and DT specimens. TCD of DT specimen was 4.6 times higher than AR specimen in average, indicating that higher possibility of degradation of bent parts of RVI for a long-term operation.
Minjae Jeong;Seokwon Son;Jae-Lyoung Wi;Yong-Kook Lee;Won-Beom Lee
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.37
no.2
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pp.49-57
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2024
We investigated the changes in microstructure and surface roughness of the compound layer of GC250D gray cast iron, commonly used in brake discs, during gas nitriding. The gas atmosphere of the nitriding process was controlled with a hydrogen partial pressure of 49.5%, and the process was conducted at a nitriding temperature of 520℃ with various process times. As the nitriding process time of the GC250D material increased, both the depth of hardening and the thickness of the compound layer increased, with a maximum surface hardness of approximately 1265 HV0.1 was measured. Additionally, the surface roughness increased with the process time. Phase analysis of the compound layer revealed an increase in the proportion of the γ' phase as the nitriding process time increased. Changes in the formation of the compound layer were observed depending on the orientation of graphite within the material, leading to the formation of wedges. Therefore, the increase in surface roughness appears to be attributed to the uneven compounds, the expansion of the compound layer and wedges formed on the surface during the nitriding process.
R. H. Kim;M. H. Oh;Y. S. Jeong;S. M. Son;M. Y. Lee;J. H. Kim
Transactions of Materials Processing
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v.33
no.3
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pp.161-168
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2024
Aluminum alloy sheets, compared to conventional steel sheets, face challenges in press forming due to their lower elongation. To enhance their formability, extensive research has focused on forming technologies at elevated temperatures, specifically warm forming at around 300℃ and hot forming at approximately 500℃. This study proposes that the formability of aluminum alloy sheets can be significantly enhanced using a multi-stage hot forming technique. The research also investigates whether the strength of the A6061 aluminum alloy, known for its precipitation hardening, can be maintained when formed below the precipitate solid solution temperature. In the experiments, the A6061-T6 sheet underwent heating and rapid cooling between 250 and 500℃. The mechanical properties were evaluated at each stage of the process. The findings revealed that when the initial heat treatment was below 350℃, the strength of the material remained unchanged. However, at temperatures above 400℃, there was a noticeable decrease in strength coupled with an increase in elongation. Conversely, when the secondary heat treatment was conducted at temperatures of 350℃ or lower, the strength remained comparable to that of the initial heat treated material. However, at higher temperatures, a reduction in strength and an increase in elongation were observed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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