This study aims to characterize the dynamic tensile strength of unidirectional carbon/epoxy composites. Two different carbon/epoxy composite systems, the unidirectional T700S/2500 and TR50S/modified epoxy, are tested at the static condition and the strain rate of $100\;s^{-1}$. A high-strain-rate test was performed using a tension-type split Hopkinson bar technique with a specific fixture for specimen. The experimental results demonstrated that both tensile strength increase with strain rate, while the fracture behaviors are quite different. By the use of the rosette analysis and the strain transformation equations, the strain rate effects of material principal directions on tensile strength are investigated. It is experimentally found that the shear strain rate produces the more significant contribution to strain rate effect on dynamic tensile strength. An empirical failure criterion for characterizing the dynamic tensile strength was proposed based on the Hash-in's failure criterion. Although the proposed criterion is just the empirical formula, it is in better agreement with the experimental data and quite simple.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2005.05a
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pp.275-278
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2005
INCONEL 718, nickel based superalloy, has good formability, high strength, excellent corrosion resistance and mechanical properties at high temperature. Owing to theses attractive properties, it finds use in applications such as combustion system, turbine engines and nuclear reactors. In such applications, components are typically required to be tolerant of high stress impact loading. This may cause material degradation and lead to catastrophic failure during service operation. In order to design optimal structural parts made of INCONEL 718, accurate understanding of material's mechanical properties, dynamic behavior and fracture characteristic as a function of strain rates are required. This paper concerned with the dynamic material properties of the INCONEL 718 for the various strain rates. The dynamic response of the INCONEL 718 at intermediate strain rate is obtained from the high speed tensile test machine test and at the high strain rate is from the split Hopkinson pressure bar test. Based on the experimental results, the effects of strain rate on dynamic flow stress, work hardening characteristics, strain rate sensitivity and elongation to the failure are evaluated. Experimental results from both quasi-static and high strain rate up to the 5000/sec are interpolated in order to construct the Johnson-Cook model as the constitutive relation that should be applied to simulate and design the structural parts made of INCONEL 718.
PSRC column is a concrete encased steel angle column. In the PSRC column, the steel angles placed at the corner of the cross-section resists bending moment and compression load. The lateral re-bars welded to steel angles resist the column shear and the bond between the steel angle and concrete. In the present study, current design procedures in KBC 2009 were applied to the flexure-compression, shear, and bond design of the PSRC composite column. To verify the validity of the design method and failure mode, simply supported 2/3 scaled PSRC and correlated SRC beams were tested under two point loading. The test parameters were the steel angle ratio and lateral bar spacing. The test results showed that the bending, shear, and bond strengths predicted by KBC 2009 correlated well with the test results. The flexural strength of the PSRC specimens was much greater than that of the SRC specimen with the same steel ratio because the steel angles were placed at the corner of the column section. However, when the bond resistance between the steel angle and concrete was not sufficient, brittle failures such as bond failure of the angle, spalling of cover concrete, and the tensile fracture of lateral re-bar occurred before the development of the yield strength of PSRC composite section. Further, if the weldability and toughness of the steel angle were insufficient, the specimen was failed by the fracture of the steel angle at the weld joint between the angle and lateral bars.
A study on friction welding of carbon steel bar (SM45C) to chrome molybedenum steel bar(SCM4) is examined experimentally through tensile test, hardness test, microstructure test and fatigue test. so, this paper deals with optimizing the welding concitions and analyzing various mechanical properties about friction welds of SM45C to SCM4 steel bars. The results obtained are summarized as follows; 1) For friction welded joints of SM45C to SCM4 steel bars, the total upset(U)increases linearly with an increase of heating time ($t_{1}$) till 6s. 2) The determined optimum welding conditions are heating time ($t_{1}$)2s, upsetting time($t_{2}$), 3s, heating pressure($p_{1}$), 4kgf/$mm^{2}$(39.2MPa), upsetting pressure($p_{2}$, 8kgf/mm$^{2}$(78.4MPa) and rotating speed(N), 2, 000rpm when the total upset(U) is 3.4mm, resulting in a computed relationship between the joint tensile strength .sigma.$_{t}$ (kgf/mm$^{2}$and the total upset U(mm); .sigma.$_{t}$ =$0.21U^{3}$ - $3.38U^{2}$ +17.03U + 66.00 3) As the elongation is increased more and more, the fracture position becomes away from weld interface and the fractures are similar to those of SM45C. Fracture is taken place on SM45C side. 4) The weld interface of two dissimilar materials is mixed strongly, and the heat affected zone is about 2.0mm at SM45C while about 2.7 mm at SCM4 side. Therefore, the welded zone and heat affected zone are very narrow, comparing with those of the joints welded by the other welding methods. 5) The fatigue strengths at N=10$^{6}$ cycles of SM45C, SCM4 and friction welded joints are 23kgf/$mm^{2}$, 33kgf/$mm^{2}$(220.5 MPa), and 22.5kgf/$mm^{2}$(220.5MPa) respectively, and fracture at friction welded joint takes place at the side of SM45C. 6) The hardness of the friction weld interface is 3 times higher than that of base metal. 7) Fatigue strength of friction welded joint is higher than that of base metal. 8) Notch sensitivity factor of friction welded joint is lower than that of base metal.
Dong-won, Shin;Min-kyung, Lee;Jeong Hwan, Kim;Ho-seong, Seo;Jae-hun, Lee
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.26
no.6
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pp.16-23
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2022
In this study, characteristics of effect on hydrogen gas was investigated to hydrogen embrittlement by disk and tensile tests. The developed and commercial alloy was fabricated to a plate material made from an alloy ingot. The prepared materials were processed in the form of a disk to measure rupture pressure by hydrogen and helium gas at a rate of 0.1 to 1,000 bar/min. In the hydrogen pre-charged tensile test, a specimen was hydrogenated using an anode charging method, and the yield strength, ultimate tensile strength, elongation, and reduction in area rate were carried by a strain rate test. Also, the microstructure was observed to the fracture surface of the tensile test specimen. As a result, the developed materials satisfied endurable hydrogen embrittlement, and the fractured surface showed a brittleness fracture surface with a depth of several ㎛, but dimple due to ductile fracture could be observed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.3
s.168
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pp.162-169
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2005
The functional external fixator system fur bone deformity near joints in legs using the worm gear was developed for curing the difference angles in fracture bone and the lengthening bar for curing the difference length in fracture bone. Both experiments and FE analysis were performed to compare the elastic stiffness in several loading modes and to improve the functional external fixator system for the bone deformity. The FE model using the compressive and bending FE analysis was applied to the FE analysis due to the angle differences. The results show that the compressive stiffness value in experiment was 175.43N/mm; the bending stiffness value in experiment was 259.74N/mm; compressive stiffness value in FEM was 188.67N/mm; bending stiffness value in FEA was 285.71N/mm. The errors between experiments and FEA were less than 10%. The maximum stress (157MPa) to the angle of clamp was lower than the yield stress (176.4MPa) of SUS316L. The stiffnesses in both axial compressive and bending of the new fixator are about 2 times higher than other products except EBI (2003).
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.1248-1251
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2004
The functional external fixator system for bone deformity near joints in legs using the worm gear was developed for curing the difference angles in fracture bone and the lengthening bar for curing the difference length in fracture bone. Both experiments and FE analysis were performed to compare the elastic stiffness in several loading modes and to improve the functional external fixator system for bone deformity near joints in legs. The FE model using the compressive and bending FE analysis was applied the FE analysis due to the angle differences. The results show that the compressive stiffness value in experiment was 175.43N/mm, the bending stiffness value in experiment was 259.74N/mm, compressive stiffness value in FEM was 188.67N/mm, bending stiffness value in FEA was 285.71N/mm. The errors between experiments and FEA were less than 10%. The maximum stress (157MPa) to the angle of clamp was lower than the yield stress (176.4MPa) of SUS316L. The stiffnesses in both axial compressive and bending of the new fixator are about 2 times higher than other products except EBI (2003).
Kim, Jin-Su;Cho, Soo-Man;Kim, Yun-Jae;Kim, Young-Jin
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.9
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pp.1531-1538
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2003
This paper compiles solutions of plastic $\eta$ factors and crack tip stress triaxialites for standard and nonstandard fracture toughness testing specimens, via detailed three-dimensional (3-D) finite element (FE) analyses. Fracture toughness testing specimens include a middle cracked tension (M(T)) specimen, SE(B), single-edge cracked bar in tension (SE(T)) and C(T) specimen. The ligament-to-thickness ratio of the specimen is systematically varied. It is found that the use of the CMOD overall provides more robust experimental J estimation than that of the LLD, for all cases considered in the present work. Moreover, the J estimation based on the load-CMOD record is shown to be insensitive to the specimen thickness, and thus can be used for testing specimen with any thickness. The effects of in-plane and out-of-plane constraint on the crack tip stress triaxiality are also quantified, so that when experimental J value is estimated according to the procedure recommended in this paper, the corresponding crack tip stress triaxiality can be estimated. Moreover, it is found that the out-of-plane constraint effect is related to the in-plane constraint effect.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.7
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pp.769-776
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2012
The damage analysis method in this paper needs a material property and failure criteria. The material properties and the failure criteria could be easily obtained from the results of notched bar tensile tests carried out on other materials studied previously. However, for the cast stainless steel (CF8M) material in this paper, because of the variance in the results from notched bar tensile tests under the same conditions, the material property and the failure criteria could be obtained differently, depending on the analyzer. Therefore, a proper procedure that can confirm the material property and failure criteria are needed. In this work, the averaged material property was obtained from the notched bar with a 16-mm notch radius, and three failure criteria for CF8M material by finite element analysis were obtained. Applying the material property and the failure criteria, FE damage analysis for the J-R fracture toughness test was conducted. For validation, the simulated results were compared with the experimental results.
An experimental study was conducted to evaluate the static shear strength of stirrup-reinforced cast-in anchors. The test parameters considered herein are an existence of front bearing bar and concrete crack. M36 anchor was used with an edge distance of 180mm. HD-10 bars were used for all reinforcing bars and the stirrups were placed with 100mm spacing. The shear resistance increased by 16% when the front bearing bar was installed. Meanwhile, the resistance reduced only 5% in the cracked concrete compared with the uncracked concrete. The test results showed that ACI 318 and ETAG 001 specifications could estimate the shear strength of stirrup-reinforced anchors conservatively and a rational method was proposed. A consideration on the fracture strength of stirrup-reinforced anchor is also given.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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