Kim, Seok-Chan;Go, Jae-Gwi;Jung, Yeon-Gil;Paik, Un-Gyu
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제15권3호
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pp.223-231
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2011
During spray coating, especially in an air plasma spray (APS), pores, cracks, and splat boundaries are developed and those factors exert influence on thermomechanical properties such as elastic modulus, thermal conductivity, and coefficient of thermal expansion. Moreover, the thermo mechanical properties are crucial elements to determine the thermoelastic characteristics, for instance, temperature distribution, displacements, and stresses. Two types of thermal barrier coating (TBC) model, the dense and porous microstructures, are taken into account for the analysis of microstructural characterizations. $TriplexPro^{TM}$-200 system was applied to prepare TBC samples, and the METECO 204 C-NS powder is adopted for the relatively porous microstructure and METECO 204 NS powder for the dense microstructure in the top coat of TBCs. Governing partial differential equations were derived based on the thermoelastic theory and approximate estimates for the thermoelastic characteristics were obtained using a finite volume method for the governing equations.
The degradation behaviors of TiN coating layers under thermo-mechanical stress were investigated in terms of comparison of finite element analysis (FEA) and experimental data. The coating specimen was designed to quarter cylinder model, and the pulsed laser ablation was assumed as heat flux condition. The FEA results showed that heat accumulation at the center of the laser-ablated spot occurred and principle stress was concentrated at the lower region of the coating layer. The microstructural observation revealed that surface melting and decrease of the coating thickness occurred in the TiN/Inconel 617 and the interfacial cracks formed in the TiN/Si. The delamination was caused by the mechanical stress from the center to the outside of the ablated spot as the FEA results expected. It was considered that the improvement of the thermal shock resistance was attributed to higher thermal conductivity of Si wafer than that of Inconel 617.
It was analysed the effect of pipe cooling as a measure to avoid thermal cracks due to the heat of hydration during the curing process of a massive prestressed concrete (PSC) slab. PSC slab has a complex three-dimensional shape of which the maximal and minimal thicknesses of cross-section were 2.8 and 0.95m, respectively. Steel pipes of which the diameter was 1 inch were employed for cooling. The horizontal and vertical distances between the contiguous pipes were 0.5 and 0.6m, respectively. One the four layers of cooling pipe were arranged according to the thickness of cross-section. Temperature distribution was calculated by the program developed by the authors, of which the accuracy was verified on a few published papers by the authors. Based on the temperature analysis of the cross-section which had four layers of cooing pipe, the maximum temperature of concrete interior was 54.2$^{\circ}C$ and the maximum differenced between the interior and surface temperatures of concrete was 14.$0^{\circ}C$ and, thereby, the thermal cracking index was 1.1. Upon the stress analysis, the thermal cracking index was 0.92 and the probability of thermal-crack development was 52%. Therefore, it was expected to make it possible to reduce the probability of thermal-crack development in a massive PSC slab by adopting pipe cooling.
Kim, Ju-Young;Yoon, Sang-Hyeon;Kim, Yoon-Ho;Lee, Hee-Soo
한국세라믹학회지
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제48권6호
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pp.617-620
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2011
Thermal shock behavior of porous ceramic nozzles with various pore sizes for continuous casting process of steel was investigated in terms of physical properties and microstucture. Porous nozzle samples with a composition of $Al_2O_3$-$SiO_2$-$ZrO_2$ were fabricatedby adding various sizes of graphite as the pore forming agent. As the graphite size increased from 45~75 to 150~180 ${\mu}m$, both the resulting pore size and the flexural strength also increased. A thermal shock test was carried out at temperatures (${\Delta}$T) of 600, 700, 800, and 900$^{\circ}C$. Microstructure analysis revealed a small number of cracks on the sample with the largest mean pore size of 22.32 ${\mu}m$. In addition, increasing the pore size led to a smaller decrease in both pressure drop and elastic modulus. In conclusion, controlling the pore size can enhance thermal shock behavior.
The disc-pad brake system is an important part of automobile safety system. During braking, the kinetic energy and potential energies of a moving vehicle are converted into the thermal energy through frictional heat between the brake disc and the pads. Most of the thermal energy dissipated through the brake disc. The temperature could be exceed the critical value for a given material, which leads to undesirable effects, such as the brake fade, premature wear, brake fluid vaporization, bearing failure, thermal cracks, and thermallyexcited vibration. The object of the present study is to investigate temperature field and temperature variation of brake disc and pad during single brake. The brake disc is decelerated at the initial speed with constant acceleration, until the disc comes to stop. The pad-disc brake assembly is built by 3D model with the appropriate boundary condition. In the simulation process, the mechanical loads are applied to the thermomechanical coupling analysis in order to simulate the process of heat produced by friction.
A thin spray coating of inorganic black lithium polysilicate (IBLP) on black anodized AZ31B magnesium alloy was fabricated for better corrosion resistance and thermo-optical properties for thermal control of spacecraft components. The morphology of the specimens with and without IBLP-based spray coating was characterized by SEM-EDS techniques. Impedance and potentiodynamic measurements on the specimens revealed better corrosion resistance for the specimen with a thin coating of lithium polysilicate. This was primarily due to the presence of lithium polysilicate inside the micro-cracks of the black anodized specimen, restricting the diffusion paths for corrosive media. Environmental tests, namely, humidity, thermal cycling, thermo vacuum performance, were used to evaluate the space-worthiness of the coating. The thermo-optical properties of the coating were measured before and after each environmental test to ascertain its stability. The specimen with an IBLP-based spray coating showed enhanced thermo-optical properties, greater than ~0.90. Hence, the proposed coating demonstrated better handling, better corrosion resistance, and space-worthiness during the pre-launch phase owing to its improved thermo-optical properties.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제9권4호
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pp.143-146
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2008
In this study the thermal impact characteristics by forest fire are extensively investigated using temperature controlled ovens. The test conditions for thermal impact damage are simulated according to the characteristics of natural forest fire. The test pieces are suspension porcelain insulators made by KRI in 2005 for transmission lines. In the thermal impact cycle tests with $300\;^{\circ}C$ thermal impact gradient (-70 to $230\;^{\circ}C$), cycling in 10 minute periods, no critical failures occurred in the test samples even with long cycle times. But in tests with thermal impact gradient from room temperature to $200-600\;^{\circ}C$, cycling in 10 to 30 minute periods, there were critical failures of the porcelain insulators according to the thermal impact gradient and quenching method. In the case of thermal impact by forest fire, it was found of that duration time is more important than the cycling time, and the initiation temperature of porcelain insulator failures is about $300\;^{\circ}C$, in the case of water quenching, many cracks and fracture of the porcelain occurred. It was found that the thermal impact failure is closely related to the displacement in the cement by thermal stress as confirmed by simulation. It was estimated that the initiation displacement by the thermal impact of $300\;^{\circ}C$ is about 0.1 %. Above 1% displacement, it is expected that the most porcelain insulators would fail.
사출성형품에서 잔류응력은 성형공정 중 열과 전단응력에 의해 형성된다. 잔류응력을 평가하는 방법은 여러 가지가 있는데, 불투명한 제품에서의 잔류응력은 케미칼 크랙킹 테스트 방법으로 측정 할 수 있다. 이 방법은 시편과 솔벤트가 반응하게 하여 측정하는 방법이다. 크랙은 응력의 크기에 따라 형성되기 때문에 크랙의 크기나 수를 측정하여 응력을 정량적으로 측정한다. 본 연구에서는 케미칼 크랙킹 방법으로 잔류응력을 측정하기 위한 기초자료인 응력과 크랙과의 관계를 규명하기 위한 실험을 수행하였다. 시편을 제작하기 위한 재료는 PC/PBT와 PC/ABS사용하였으며 지그를 이용하여 시편을 변형을 주고 이를 솔벤트에 담궈서 크랙을 유도하였다. 솔벤트는 tetrahydrofuran과 methyl alchol을 이용하여 제조하였다. 두 재료 모두 응력이 어느 정도 이상에서만 크랙이 형성되었으며, 크랙은 응력이 증가함에 따라 대략 2차함수로 증가하였다.
보령사암과 여산대리암을 $200^{\circ}C$에서 $600^{\circ}C$ 까지 $100^{\circ}C$ 간격으로 예열처리하였다 열균연의 발생 정도를 살펴보기 위하여 반사현미경 관찰을 수행하였으며, 예열온도가 암석의 물리적 특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 비중, 유효공극률, 탄성파속도 등을 측정하였다. $600^{\circ}C$로 예열된 여산대리암에 대한 현미경 관찰 결과 모든 결정경계에 열균열이 발생한 것으로 나타났으며, 결정 내부에도 열균열의 발생이 심한 것으로 관찰되었다. 보령사암의 경우에는 열균열의 발생 정도가 미약한 것으로 나타났다. 예열시험편에 대한 물리적 특성을 조사한 결과 여산대리암의 경우에는 $200^{\circ}C$ 부터 유효공극률과 탄성파속도의 변화가 심하게 나타난 반면에, 보령사암의 경우에는 변화 정도가 완만한 것으로 측정되었다.
Kim, Ik-Sik;Cho, Hwanjeong;Sohn, Kyung-Suk;Choi, Hwa-Soon;Kim, Sung-Uk;Kim, Sinkon
Elastomers and Composites
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제55권1호
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pp.51-58
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2020
In this study, the thermal oxidation of raw natural rubber (NR) was investigated under controlled conditions by optical image and fourier transform infrared (FT-IR) analysis. The thermal oxidation was performed on a transparent thin film of raw NR coated on a KBr window in a dark chamber at 80℃ under low humidity conditions to completely exclude moisture and restrict light oxidation. Images of the thin film of raw NR were obtained before and after thermal oxidation. FT-IR absorption spectra were measured in the transmission mode at different thermal exposure times. The thermal oxidation of NR was examined by the changes in the absorption peaks at 3449, 1736, 1447, 1377, 1242, 1072, and 833 cm-1, which corresponded to a hydroxyl group (-OH), a carbonyl group (-C=O) from an aldehyde and a ketone, a methylene group (-CH2-), a methyl group (-CH3), a carbon-oxygen single bond (-C-O) from an epoxide, a carbon-oxygen bond (-C-O) from an ether, an alcohol, a peroxide, or a cyclic peroxide, and a cis-methine group (cis-CCH3=CH-), respectively. In the initial stage of thermal oxidation, two different types of free radicals were produced quickly and randomly by the homolytic cleavage of a double bond and allylic hydrogen abstraction. Aldehydes and ketones were formed from chain scissions of the double bonds and alcohols were produced from allylic hydrogen abstraction at the methylene or methyl groups. Two reactions seemed to proceed competitively with each other. At a later stage, oxidative crosslinks seemed to dominate through the combination of free radicals such as an allyl radical (CH=CHCH2·), alkoxy radical (RO·), and peroxy radical (ROO·) and the reaction of a hydroperoxide (-ROOH) with a double bond. The image obtained after thermal oxidation showed hardening without cracks. Based on these observations, a plausible two-step mechanism was suggested for chain hardening caused by the thermal oxidation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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