Effects of friction stir welding parameters such as tool rotation speed and welding speed on the joints properties of 5052 Al alloys were studied in this study. A wide range of friction stir welding conditions could be applied to join 5052 AA alloy without defects in the weld zone except for certain welding conditions with a lower heat input. Microstructures near the weld zone showed general weld structures such as stir zone (SZ), thermo-mechanically affected zone (TMAZ) and heat affected zone (HAZ). Each zone showed the dynamically recrystallized grain, transient grain and structure similar to base metal's, respectively. Hardness distribution near the weld zone represented a similar value of the base metal under wide welding conditions. However, in case of 800 rpm of tool rotation speed, hardness of the stir zone had a higher value due to the fine grain with lots of dislocation tangle, a higher angle grain boundary and some of Al3Fe particles. Except joints with weld defects, tensile strength and elongation of the joints had values similar to the base metal values and fracture always occurred in the regions approximately 5mm away from the weld center.
The plastic deformation behavior of an aluminum alloy containing a particle and porosities was investigated at room temperature during equal channel angular pressing (ECAP). Finite element analysis by using ABAQUS shows that ECAP is a useful tool for eliminating residual porosity in the specimen, and more effective under friction condition. The simulation, however, shows considerably low density distributions for matrix near a particle at which many defects may occur during severe deformation. Finite element results of effective strains and deformed shapes for matrix with a particle were compared with theoretical calculations under simple shear stress. Also, based on the distribution of the maximum principal stress in the specimen, Weibull fracture probability was obtained for particle sizes and particle-coating layer materials. The probability was useful to predict the trend of more susceptible failure of a brittle coating layer than a particle without an interphase in metal matrix composites.
Non-destructive testing methods of composite materials are very important for improving material reliability and safety. AE measurement is based on the detection of microscopic surface movements from stress waves in a material during the fracture process. The examination of AE is a useful tool for the sensitive detection and location of active damage in polymer and composite materials. FBG (Fiber Bragg Grating) sensors have attracted much interest owing to the important advantages of optical fiber sensing. Compared to conventional electronic sensors, fiber-optical sensors are known for their high resolution and high accuracy. Furthermore, they offer important advantages such as immunity to electromagnetic interference, and electrically passive operation. In this paper, the crack detection capability of AE (Acoustic Emission) measurement was compared with that of an FBG sensor under tensile testing and buckling test of composite materials. The AE signals of the PVDF sensor were measured and an AE signal analyzer, which had a low pass filter and a resonance filter, was designed and fabricated. Also, the wavelength variation of the FBG sensor was measured and its strain was calculated. Calculated strains were compared with those determined by finite element analysis.
Laser assisted machining (LAM) has been researched in order to machine the silicon nitride ceramics economically and effectively. LAM is an effective machining method by local heating of the cutting part to the softening temperature of the silicon nitride using laser beam. When silicon nitride ceramics is heated using a laser beam, the surface of silicon nitride ceramic is softened, oxidized and decomposed. And then surface hardness is decreased. Through machining in low viscosity and hardness conditions, silicon nitride was machined effectively and the life span of tool was increased. The plastic deformation was occurred due to softening of amorphous YSiAlON above $ 1,000^{\circ}C$. Transgranular fracture of ${\beta}-Si_3N_4$ was occurred when YSiAlON was not softened, but mostly intergranular fracture was occurred by the plastic deformation of softened YSiAlON.
Deep drawing is a forming process in which a blank of sheet metal is radially drawn into a forming die by the mechanical action of a punch and converted to required shape. Deep drawing involves complex material flow conditions and force distributions. Radial drawing stresses and tangential compressive stresses are induced in flange region due to the material retention property. These compressive stresses result in wrinkling phenomenon in flange region. Normally blank holder is applied for restricting wrinkles. Tensile stresses in radial direction initiate thinning in the wall region of cup. The thinning results into cracking or fracture. The finite element method is widely applied worldwide to simulate the deep drawing process. For real-life simulations of deep drawing process an accurate numerical model, as well as an accurate description of material behavior and contact conditions, is necessary. The finite element method is a powerful tool to predict material thinning deformations before prototypes are made. The proposed innovative methodology combines two techniques for prediction and optimization of thinning in automotive sealing cover. Taguchi design of experiments and analysis of variance has been applied to analyze the influencing process parameters on Thinning. Mathematical relations have been developed to correlate input process parameters and Thinning. Optimization problem has been formulated for thinning and Genetic Algorithm has been applied for optimization. Experimental validation of results proves the applicability of newly proposed approach. The optimized component when manufactured is observed to be safe, no thinning or fracture is observed.
Most previous researches for the hybrid composite materials such as FRMLs(Al/AFRP, Al/GFRP) have evaluated the fatigue delamination behavior using the traditional fracture mechanism. However, most previous researches have not generally been firmed yet. Because delamination growth behavior in hybrid composite should be consider delamination growth rate, $dA_D$/da using the delamination shape factors, fs instead of traditional fracture mechanic parameters. The major purpose of this study was to evaluate the relationship between delamination shape factor, fs and delamination growth rate, $dA_D$ . And a propose parameter on the delamination aspect ratio, b/a. The details of the study are as follow : 1) Relationship between crack length, a and delamination width,b. 2) Relationship between delamination aspect ration, b/a and delamination area rate,($(A_D)_{N}(A_D)_{ALL}$. 3) Variation of delamination growth rate, $dA_D/da$ was attendant on delamination shape factors, $fs_1$, $fs_2$, $fs_3$. The test results indicated the delamination growth rate depends on delamination shape factors.
This paper replaces a conventional austenitic stainless steel sheet to a ferritic stainless steel for the cost reduction of a pulsator cover of a washing machine. However, ferritic stainless steel has poor formability in comparison with austenitic one. The low formability of ferritic steel results in problems during stamping such as fracture, wrinkling, shape inaccuracy and so on. Design modification of the stamping tool is carried out with the aid of the finite element analysis for multistage stamping process of the pulsator cover. The simulation results show that fracture occurs on top of the product while wrinkles are generated by the excess metal near the wing part. Modification of the initial stamping die is performed to improve metal flow and to eliminate problems during the stamping process. Simulation with the modified design fully demonstrates that safe forming is possible without inferiorities.
The machining process of ceramics can be characterized by cracking and brittle fracture. In the machining of ceramics, edge chipping and crack propagation are the principal reasons to cause surface integrity deterioration. Such phenomenon can cause not only poor dimensional and geometric accuracy, but also possible failure of the ceramic parts. Thus, traditional ceramics are very difficult-to-cut materials. Generally, ceramics are machined using conventional method such as grinding and polishing. However these processes are generally costly and have low MRR(material removal rate). To overcome such problems, in this paper, h-BN powder, which gives good cutting property, is added for the fabrication of machinable ceramics by volume of 10 and 15%. The purpose of this study is an analysis of endmill's rake angle for appropriate tools design and manufacturing for the machinable ceramics. In this study, Experimental works are executed to measure cutting force, surface roughness, tool fracture, on different axial rake angle of endmills. Cutting parameters, namely, feed, cutting speed and depth of cut are used to accomplish purpose of this paper. Required experiments are performed, and the results are investigated.
In this study, experiments were carried out to investigate the characteristics of grinding and wear process of diamond wheel far ceramic materials. Normal component of grinding resistance of $Al_2$O$_3$ was less then that of $Si_3 N_4$ and $ZrO_2$. This seems to be the characteristics of ceramic tools on work pieces both of high hardness. For the case of $Si_3 N_4$ and $ZrO_2$, as the mesh number of wheel increases, the surface roughness decreases. For the case of $Al_2 O_3$, the surface roughness does not decreases. Specific binding energy decreases as the material removal rate per unit time increases. For the case of $Si_3 N_4$ and $ZrO_2$, grinding is carried out by abrasive wear processes. For the case of $Al_2 O_3$, grinding is carried out by grain shedding process due to brittle fracture.
Behavior of aluminum alloy embedding a particle was investigated at room temperature under ECAP. Finite element analysis by using ABAQUS shows that ECAP is a useful tool for eliminating residual porosity in the specimen, and much more effective under friction condition. The simulation, however, shows considerably low density distributions for matrix near a particle at which rich defects may occur during severe deformation. Finite element results of effective strains and deformed shapes for matrix with a particle were compared with theoretical calculations under simple shear stress. Also, based on the distribution of the maximum principal stress in the specimen, Weibull fracture probability was obtained for particle sizes and particle-coating layer materials. The probability was useful to predict the trend of more susceptible failure of a brittle coating layer than a particle without an interphase in metal matrix composites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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