This paper predicts the material properties of spatially reinforced composites (SRC) and analyzes the thermo-elastic behavior of a kick motor nozzle manufactured from that material. To find the appropriate SRC structure for the nozzle throat that satisfies given design conditions, the equivalent material properties of the SRC are predicted using the superposition method for those of rod and matrix. Studied are the elastic behavior, temperature distribution, and thermo-elastic behavior of a kick motor nozzle composed of carbon/carbon SRC as a throat part. The elastic deformation of the nozzle composed of 3D carbon/carbon SRC shows asymmetry in a circumferential direction. However, 4D carbon/carbon SRC nozzle shows uniform deformation in the circumferential direction. Stress concentration in connecting parts of the kick motor nozzle is ultimately high due to the high temperature gradient in each connecting part. The thermo-elastic deformations of both the 3D and the 4D SRC nozzles are uniform in the circumferential direction due to the isotropy of CTE of each SRC. The deformation of the 3D SRC nozzle is a slightly smaller than that of the 4D SRC nozzle in the nozzle throat, which is favorably effective on rocket thrust. The circumferential stress is the most critical component of the kick motor nozzle. The 4D SRC nozzle having 1,1,1,1.7 diameters in each direction has the smallest circumferential stress among several SRC nozzles.
Under thermal environment, Magneto-Electro-Elastic (MEE) material exhibits pyroelectric and pyromagnetic effects which can be used for enhancing the performance of MEE sensors. Recently studies have been published on material constants such as pyroelectric constant and pyromagnetic constant for magneto-electro-thermo-elastic smart composite. Hence, the main aim of this paper is to study the pyroelectric and pyromagnetic effects on behavior of MEE plate under different boundary conditions subjected to uniform temperature. A numerical study is carried out using eight noded brick finite element under uniform temperature rise of 100 K. The study focused on the pyroelectric and pyromagnetic effects on system parameters like displacements, thermal stresses, electric potential, magnetic potential, electric displacements and magnetic flux densities. It is found that, there is a significant increase in electric potential due to the pyroelectric and pyromagnetic effects. These effects are visible on electric and magnetic potentials when CFFC and FCFC boundary conditions are applied. Additionally, the pyroelectric and pyromagnetic effects at free edge is dominant (nearly thrice the value in CFFC in comparison with FCFC) than at middle of the plate. This study is a significant contribution to sensor applications.
Intermetallic compound matrix composites have been expected to be established as high temperature structural components. $Ni_3Al$ is a representative intermetallic alloy, which has excellent ductility even at room temperature by adding certain alloying elements. $Ni_3Al$ matrix composites with aluminum oxide particles, which are formed by the in-situ reaction between the alloy and aluminum borate whiskers, are fabricated by a powder metallurgical method. The addition of aluminum borate whiskers disperses the synthetic aluminum oxide particles during sintering and dramatically increases the strength of the composite. The uniform dispersion of reaction synthesized aluminum oxide particles and the uniform solution of boron in the matrix seem to play an important role in the improvement in strength. There is a dramatic increase in strength with the addition of the whisker, and the maximum value is obtained at a 10 vol% addition of whisker. The $Ni_3Al$ composite with 10 vol% aluminum oxide particles $0.3{\mu}m$ in size and with 0.1 wt% boron powder fabricated by the conventional powder metallurgical process does not have such high strength because of inhomogeneous distribution of aluminum oxide particles and of boron. The tensile strength of the $Ni_3Al$ with a 10 vol% aluminum borate whisker reaches more than twice the value, 930 MPa, of the parent alloy. No third phase is observed between the aluminum oxide and the matrix.
Materials used as fuel cell electrode should be light, high conductive, high surface area for reaction, catalytic surface and uniformity of porous structure. Nickel is widely used in electrode materials because it itself has catalytic properties. When used as electrode materials, nickel of only a few im on the surface may be sufficient to conduct the catalytic role. To manufacture the nickel with porous structure, Electroless nickel plating on carbon fiber be conducted. Because electroless nickel plating is possible to do uniform coating on the surface of substrate with complex shape. Acidic bath and alkaline bathe were used in electroless nickel plating bath, and pH and temperature of bath were controlled. The rate of electroless plating in alkaline bath was faster than that in acidic bath. As increasing pH and temperature, the rate of electrolee plating was increased. The content of phosphorous in nickel deposit was higher in acidic bath than that in alkaline bath. As a result, the uniform nickel deposit on porous carbon fiber was conducted.
Water jet impingement cooling is used to remove heat from high-temperature surfaces such as hot steel plates in the steel manufacturing process (thermo-mechanical cooling process; TMCP). In those processes, uniform cooling is the most critical factor to ensure high strength steel and good quality. In this study, experiments are performed to measure the heat transfer coefficient together with the inverse heat conduction problem (IHCP) analysis for a plate cooled by planar water jet. In the inverse heat transfer analysis, spatial and temporal variations of heat transfer coefficient, with no information regarding its functional form, are determined by employing the conjugate gradient method with an adjoint problem. To estimate the two dimensional distribution of heat transfer coefficient and heat flux for planar waterjet cooling, eight thermo-couple are installed inside the plate. The results show that heat transfer coefficient is approximately uniform in the span-wise direction in the early stage of cooling. In the later stage where the forced-convection effect is important, the heat transfer coefficient becomes larger in the edge region. The surface temperature vs. heat flux characteristics are also investigated for the entire boiling regimes. In addition, the heat transfer rate for the two different plate geometries are compared at the same Reynolds number.
We fabricated hexagonal copper sulfide $Cu_2S$ nanowires to obtain a larger contact area of $Cu_2S/CdS$ solar cell. Copper sulfide nanowires were grown on Cu foil at room temperature by gas-sol id reaction. The size, density and shape of nanowires seemed to be affected by the change or reaction time temperature, crystallographic orientation of Cu foil, and molar ratio of the mixed gas. We controled the length and the diameter of the nanowires and we obtained suitable nanowire arrays which has fitting size for uniform deposition with n-type CdS. CdS layer was deposited on the nanowire array by electrodeposition and it seemed to be uniform. The $Cu_2S/CdS$ nanowires/CdS junction showed diode characteristics, A large contact area is expected with the $Cu_2S/CdS$ nanowire structure as compared with the $Cu_2S/CdS$ thin film.
Kashkoli, Mosayeb Davoudi;Tahan, Khosro Naderan;Nejad, Mohammad Zamani
Steel and Composite Structures
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제32권6호
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pp.701-715
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2019
Using first-order shear deformation theory (FSDT), a semi-analytical solution is employed to analyze creep damage and remaining life assessment of 304L austenitic stainless steel thick (304L ASS) cylindrical pressure vessels with variable thickness subjected to the temperature gradient and internal non-uniform pressure. Damages are obtained in thick cylinder using Robinson's linear life fraction damage rule, and time to rupture and remaining life assessment is determined by Larson-Miller Parameter (LMP). The thermo-elastic creep response of the material is described by Norton's law. The novelty of the present work is that it seeks to investigate creep damage and life assessment of the vessels with variable thickness made of 304L ASS using LMP based on first-order shear deformation theory. A numerical solution using finite element method (FEM) is also presented and good agreement is found. It is shown that temperature gradient and non-uniform pressure have significant influences on the creep damages and remaining life of the vessel.
This paper presents a machinability evaluation of Inconel 718 material when using a new uniform-temperature indirect cooling method that incorporates constant-pressure liquid nitrogen (LN2). The flank wear of a TiAlN coated tool used with this indirect cooling system was much lower than that of the tool used with dry machining under all machining conditions. Also, the surface roughness resulting from machining with this indirect method was far less than that of a dry machined surface after the same cutting time. Reduced heat generation and uniform temperature in turning operations play important roles in tool life and surface quality.
Park, Minjung;Kang, Taegyeong;Yun, Sung-wook;Lim, Ryugap;Son, Jinkwan;Kang, Donghyeon
한국환경과학회지
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제30권11호
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pp.907-914
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2021
In this study, strawberry cultivation environment in a greenhouse located in Jeonju was monitored and internal environmental parameters were analyzed. Temperature, humidity, RAD, and PPF sensors were installed to monitor environmental conditions in the test greenhouse. Data were collected every 10 minutes during four winter months from sensors placed across the greenhouse to assess its permeability and environmental uniformity. Temperature and humidity inside the greenhouse were relatively uniform with negligible deviations among the center, south, and north; however, it was judged that further analysis of gradients of these parameters from the east to the west of the greenhouse would be needed. Both RAD (Total solar radiation) and PPF (Photosynthetic photon flux) had high values on the south and were low on the north and the reduction rate of these parameters was 54% and 61%, respectively, indicating that a significant amount of light could not be transmitted. This implied a significant decrease in the amount of light entering the greenhouse during winter. Therefore, it is concluded that environmental control devices and auxiliary lighting are needed to achieve uniform greenhouse environment for efficient strawberry cultivation.
This paper deals with the free vibration behavior of rotating composite beams reinforced with carbon nanotubes (CNTs) under uniform thermal loads. The temperature-dependent beam material is assumed to be a mixture of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in an isotropic matrix and five different functionally graded (FG) distributions of CNTs are considered according to the variation along the thickness, namely the UD-uniform, FG-O, FG-V, FG-Λ and FG-X distributions where FG-V and FG-Λ are unsymmetrical patterns. Considering the Timoshenko beam theory (TBT), a new finite element formulation of functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FGCNTRC) beam is created for the first time. And the effects of several essential parameters including rotational speed, hub radius, effective material properties, slenderness ratio, boundary conditions, thermal force and moments due to temperature variation are considered in the formulation. By implementing different boundary conditions, some new results of both symmetric and non-symmetrical distribution patterns are presented in tables and figures to be used as benchmark for further validation. In addition, as an alternative advanced composite application for rotating systems exposed to thermal load, the positive effects of CNT addition in improving the dynamic performance of the system have been observed and the results are presented in several tables and figures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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