This paper deals with free vibration analysis of continuous grading fiber reinforced (CGFR) and bi-directional FG annular sector plates on two-parameter elastic foundations under various boundary conditions, based on the three-dimensional theory of elasticity. The plates with simply supported radial edges and arbitrary boundary conditions on their circular edges are considered. A semi-analytical approach composed of differential quadrature method (DQM) and series solution is adopted to solve the equations of motion. Some new results for the natural frequencies of the plate are prepared, which include the effects of elastic coefficients of foundation, boundary conditions, material and geometrical parameters. Results indicate that the non-dimensional natural frequency parameter of a functionally graded fiber volume fraction is larger than that of a discrete laminated and close to that of a 2-layer. It results that the CGFR plate attains natural frequency higher than those of traditional discretely laminated composite ones and this can be a benefit when higher stiffness of the plate is the goal and that is due to the reduction in spatial mismatch of material properties. Moreover, it is shown that a graded ceramic volume fraction in two directions has a higher capability to reduce the natural frequency than conventional one-dimensional functionally graded material. The multidirectional graded material can likely be designed according to the actual requirement and it is a potential alternative to the unidirectional functionally graded material. The new results can be used as benchmark solutions for future researches.
This paper presents a linear computational homogenization framework to evaluate the effective (or generalized) electromechanical coupling coefficient (EMCC) of adaptive structures with piezoelectric structural fiber (PSF) composite elements. The PSF consists of a silicon carbide (SiC) or carbon core fiber as reinforcement to a fragile piezo-ceramic shell. For the micro-scale analysis, a micromechanics model based on the variational asymptotic method for unit cell homogenization (VAMUCH) is used to evaluate the overall electromechanical properties of the PSF composites. At the macro-scale, a finite element (FE) analysis with the commercial FE code ABAQUS is performed to evaluate the effective EMCC for structures with the PSF composite patches. The EMCC is postprocessed from free-vibrations analysis under short-circuit (SC) and open-circuit (OC) electrodes of the patches. This linear two-scale computational framework may be useful for the optimal design of active structure multi-functional composites which can be used for multi-functional applications such as structural health monitoring, power harvest, vibration sensing and control, damping, and shape control through anisotropic actuation.
The effects of additional Mg content, the size and volume fraction of reinforcement phase on the mechanical properties of ceramic particle reinforced aluminium matrix composites fabricated by pressureless metal infiltration process were investigated. The hardness of $SiC_p/AC8A$ composites increased gradually with an increase in the additive Mg content, while the bending strength of $SiC_p/AC8A$ composites increased with an increase in additive Mg content up to 5%. However, this decreased when the level of additive Mg content was greater than 5% due to the formation of coarse precipitates by excessive Mg reaction and an increase in the porosity level. The hardness and strength of the composites increased with decreasing the size of SiC particle. It was found that the composites with smaller particles enhanced the interfacial bonding than those with bigger particles from fractography of the composites. The hardness of $Al_2O_{3p}/AC8A$ composites increased gradually with an increase in the volume fraction, however, the bending strength of $Al_2O_{3p}/AC8A$ composites decreased when the volume fraction of alumina particle was greater than 40% owing to the high porosity level.
Mg-9wt.%Al and Mg-9wt.%-1.6wt%Zn/SiCp(particle size $40{\mu}m$) metal-matrix-composite specimens were manufactured by rheo-compocasting method, known for its effect of improving the wettability. The ceramic reinforcement particles(SiCp) were dispersed in the semi-solid magnesium alloy matrix slurry being vigorously stirred in a high frequency induction furnace under inert atmosphere. A microstructural study of the dispersed particles in the specimens, prepared under different conditions as regards the time(10min, 20min, 30min) and temperature of the stirring, was made with the aid of optical microscope and SEM. The effect of superheating was also observed. It is revealed that 30 minutes' stirring time of the semi-solid at 40% solid fraction temperature(Mg-9wt.%Al : $590^{\circ}C$, AZ91 : $576^{\circ}C$), as determined by the lever rule, gives a satisfactorily uniform distribution of the particles. The superheating is observed to enhance further the uniformity.
Ju, Seung Hwan;Choi, Jin Myung;Kim, Yong Jin;Park, Ik Min;Park, Yong Ho
Korean Journal of Metals and Materials
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v.48
no.11
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pp.1003-1008
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2010
In this study, the effect of the reinforcement on the wear behaviour and mechanical properties of hypereutectic Al-Si alloys was investigated. The Gas atomized hypereutectic Al-20Si alloy powders were mixed with 1, 3, and 5 wt.% AlN and TiC ceramic particles and consolidated by hotpress. The Al-20Si powder has both finely dispersed primary Si phases and eutectic structures. The Al-20Si-AlN, TiC composites showed that the reinforcements were distributed along the boundary of the Al-20Si alloy. The UTS increased with increasing the AlN, TiC contents. At a lower load, with an increasing weight fraction of reinforcements, the wear rate decreased in both composites and the wear mechanism was adhesive wear. At a higher load, the shape of the debris changes the mechanism of the AlN composites to abrasive-adhesion wear and this resulted in an increase of the wear rate.
Journal of the Regional Association of Architectural Institute of Korea
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v.21
no.3
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pp.87-92
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2019
To relieve noise between floors in Korea, recent domestic and overseas studies have been developing materials that have the properties of ceramic, which is an inorganic compound, and polymer, which is an organic compound, to introduce a new function to polymer. This study conducted a bending strength experiment between re-bar and new composite concrete mixing POSS (Polyhedral Oligomeric Silses-quioxanes) nano complex on the inside of concrete, and by assembling the inside of each concrete with 3 and 4 main re-bars as an experiment to supplement various problems that occur by the expression of this strength and the distribution of the reinforcement. The number of the main re-bars. and the direction of laying the concrete were applied as the principal variables of the experiment. Upon experiment, there were no differences in the bond strength based on the location of the main re-bar, and a 2 % increase in the bond strength was shown in the specimen laid in the same direction as the main re-bar in comparison to that of the specimen laid in a different direction from the main re-bar. The experiment results displayed that the composite concrete had uniform performance based on the rapid reaction speed of POSS nano complex.
JUNHYUB JEON;SEUNGGYU CHOI;NAMHYUK SEO;YOUNG HOON MOON;IN-JIN SHON;SEOK-JAE LEE
Archives of Metallurgy and Materials
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v.65
no.4
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pp.1249-1254
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2020
The effect of TiC content on the microstructure and mechanical properties of a nanocrystalline Fe-Mn alloy was investigated by XRD analysis, TEM observation, and mechanical tests. A sintered Fe-Mn alloy sample with nano-sized crystallites was obtained using spark plasma sintering. Crystallite size, which is used as a hardening mechanism, was measured by X-ray diffraction peak analysis. It was observed that the addition of TiC influenced the average size of crystallites, resulting in a change in austenite stability. Thus, the volume fraction of austenite at room temperature after the sintering process was also modified by the TiC addition. The martensite transformation during cooling was suppressed by adding TiC, which lowered the martensite start temperature. The plastic behavior and the strain-induced martensite kinetics formed during plastic deformation are discussed with compressive stress-strain curves and numerical analysis for the transformation kinetics.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.6
no.4
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pp.103-111
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2012
One of the basic physical properties of the hardened cement paste, the rigidity, is deteriorated during concrete matrix forming, depending on the replacement rate of the crushed stone powder, and due to drying shrinkage. Therefore, the concrete containing crushed stone powder has been limitedly used as non-structural construction material. To improve these disadvantages, a hydrothermal reaction employing method can be considered. High-temperature and high-pressure water is involved in the hydrothermal reaction in the mixing with specific materials. The rigidity improving mechanism is related to the synthesis of calcium silicate. The calcium silicate is produced through reaction between calcium compounds and the silicic acid. Various kinds of calcium silicate can be produced depending on the CaO/$SiO_2$ mole ratio, the temperature of the hydrothermal synthesis, the pressure, and the reaction time. The product of the synthesis mechanism, tobermorite crystal, plays a pivotal role for the rigidity reinforcement. The crushed stone powder, analyzed in this study, contains 50 to 60% of $SiO_2$ and 10 to 20% $Al_2O_3$. The composite rate is appropriate to create the tobermorite crystal through formation of hardened cement matrix under the hydrothermal synthetic conditions and with the CaO in the cement. Moreover, further reinforcement was promoted using the property of material under the identical density through promoting the formation of tobermorite crystal.
Donghyeon Lee;Ga In Cho;Hyung Mi Lim;Mantae Kim;Dong-Jun Kwon
Composites Research
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v.37
no.3
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pp.209-214
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2024
Graphene oxide (GO), known for its high stiffness, thermal conductivity, and electrical conductivity, is being utilized as a reinforcement in nanocomposite materials. This study evaluates the mechanical properties of epoxy nanocomposites incorporating GO and edge modified GO (E-GO), which has hydroxyl groups substituted only on its edges. GO/E-GO was uniformly dispersed in epoxy resin using ultrasonic dispersion, and mechanical properties were assessed through tensile testing. The results showed that the addition of nanoparticles increased both tensile strength and toughness. The tensile strength of the epoxy without nanoparticles was 74.4 MPa, while the highest tensile strength of 90.7 MPa was observed with 0.3 wt% E-GO. Additionally, the modulus increased from 2.55 GPa to 3.53 GPa with the addition of nanoparticles. Field emission scanning electron microscopy of the fracture surface revealed that the growth of cracks was impeded by the nanoparticles, preventing complete fracture and causing the cracks to split in multiple directions. E-GO, with surface treatment only on the edges, exhibited higher mechanical properties than GO due to its superior dispersion and surface treatment effects. These results highlight the importance of nanoparticle surface treatment in developing high-performance nanocomposite materials.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2009.05a
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pp.38.1-38.1
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2009
Plasma etching is an essential process for electronic device industries and the particulate contamination during plasma etching has been interested as a big issue for the yield of productivity. The oxynitride glasses have a merit to prevent particulate contamination due to their amorphous structure and plasma etching resistance. The YSiAlON oxynitride glasses with increasing nitrogen content were manufactured. Each oxynitride glasses were fluorine-plasma etched and their plasma etching rate and surface roughness were compared with reference materials such as sapphire, alumina and quartz. The reinforcement mechanism of plasma etching resistance of the YSiAlON glasses studied by depth profiling at plasma etched surface using electron spectroscopy for chemical analysis. The plasma etching rate decreased with nitrogen content and there was no selective etching at the plasma etched surface of the oxynitride glasses. The concentration of silicon was very low due to the generation of SiF4 very volatile byproduct and the concentration of aluminum and yttrium was relatively constant. The elimination of silicon atoms during plasma etching was reduced with increasing nitrogen content because the content of the nitrogen was constant. And besides, the concentration of oxygen was very low on the plasma etched surface. From the study, the plasma etching resistance of the glasses may be improved by the generation of nitrogen related structural groups and those are proved by chemical composition analysis at plasma etched surface of the YSiAlON oxynitride glasses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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