A fuel cell is an energy conversion device that converts a chemical energy directly into an electrical energy and has higher energy efficiency than an internal combustion engine, but solid oxide fuel cell (SOFC) consisting of brittle ceramic material remains as a major issue regarding the mechanical properties as the crack formation and propagation. In this study, the stress distribution and crack behavior around the crack tip were evaluated, due to investigated the effects of the surface crack at the operating condition of high temperature. As a result, the difference of the generated stress was insignificant at operating conditions of high temperature according to the surface crack length changes. This is because, the high stiffness interconnect has a closed structure to suppress cell deformation about thermal expansion. The stress intensity factor ratio $K_{II}/K_I$ increased as the crack depth increased, at that time the effect of $K_{II}$ is larger than that of $K_I$. Also the maximum stress intensity factor increased as the crack depth increased, but the location of crack was generated at the electrolyte/anode interface, not at the crack tip.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.7
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pp.82-90
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1997
When a structure is made by the process of forging, it has the different mechanical properties from those it has before the process. This study is based on the crack closure phenomenon of the crack growth behavior of forged AI7050-T7452. The specimens were prepared in three kinds of forging ratio in order to find out the effects of crack closure on the forged material and compare the crack growth behavior with not-forged aluminum. COD method and strain gage method were used in measuring the crack closure stress and the results from those methods were compared each other. FEM analysis was applied to verify the effective stress intensity factor range by the superposition of the crack closure load to the crack tip. In the result of this study, the crack closure stress decreased with increasing the forging ratio due to the finer grain size and the brittle manner.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2013.10a
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pp.206-213
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2013
Transient response of a crack in a functionally graded piezoelectric material (FGPM) interface layer between two dissimilar homogeneous piezoelectric layers under anti-plane shear is analyzed using integral transform approaches. The properties of the FGPM layer vary continuously along the thickness. Laplace and Fourier transforms are used to reduce the problem to two sets of dual integral equations, which are then expressed to the Fredholm integral equations of the second kind. Numerical values on the dynamic energy release rate (DERR) are presented for the FGPM to show the effects on electric loading, gradient of the material properties, and thickness of the layers. Computed results yield following conclusions: (a) the DERR increases with the increase of the gradient of the material properties of the FGPM layer; (b) certain direction and magnitude of the electric impact loading impedes crack extension; (c) increase of the thickness of the FGPM layer and the homogeneous piezoelectric layer which has larger material properties than those of the crack plane are beneficial to increase of the resistance of transient fracture of the FGPM layer.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.1
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pp.113-121
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2019
In this study, self - healing microcapsules which can be mixed directly with cement composites were prepared, and the quality and crack healing performance of cement composites with self - healing microcapsules were evaluated. In the past, it has been focused on evaluating self-healing capsules and crack healing properties. Therefore, self - healing microcapsules have been studied for their effect on the quality of cement composites when mixed with cement composites. The table flow and the air flow rate of the cement composite material mixed with self-healing microcapsules were found to have no significant influence on table flow and air volume regardless of mixing ratio. Compressive strength and splitting tensile strength tended to decrease with increasing capsule mixing ratio. As a result of evaluation of crack healing properties according to water flow, initial water permeability decreased, and reaction products were generated over time and cracks were healed.
Using the theory of linear piezoelectricity, the dynamic response of a central crack in a functionally graded piezoelectric ceramic under anti-plane shear impact is analyzed. We assume that the properties of the functionally graded piezoelectric material vary continuously along the thickness. By using the Laplace and Fourier transform, the problem is reduced to two pairs of dual integral equations and then into Fredholm integral equations of the second kind. Numerical values on the dynamic stress intensity factors are presented to show the dependence of the gradient of material properties and electric loading.
Monolithic AlN and AlN-W composites were fabricated by pressure-less sintering at 190$0^{\circ}C$ under nitrogen atmosphere and the influences of tungsten phase on the microstructure and mechanical properties were investi-gated. In the fabrication of sintered specimen no additive was used. And monolithic AlN showed substantial grain growth and low relative density. AlN-W composites were fully densified and grain growths of matrix were inhibited. The densification behavior of composites were inferred to be achieved through the liquid phase sintering process such as particle-rearrangement and solutino-reprecipitation. Also the oxid phases which is expected to form liquid phases duringsintering process were detected by XRD analysis. As the tungsten volume content increases fracture strength was decreased and fracture toughness was increased. It was suppo-sed that the strength decrease of composites with tungsten content was due to existence of interface phases. The subcritical crack growth behavior was observed from the stress-strain curve of composites. The effect of the secondary phase and interface phases on toughness in crease were studied through observation of crack propagation path and the influence of residual stress on crack propagation was investigated by X-ray residual stress measurement. In the result of residual stress measurement the compressive stress of matrix in composi-test was increased with tungsten volume content and the compressive stress distribution of matrix must have contributed to the inhibition of crack propagation.
Cold-expanded austenitic high nitrogen steel (HNS) was subjected to investigate the effects of grain size on the stress-controlled high cycle fatigue (HCF) as well as the strain-controlled low cycle fatigue (LCF) properties. The austenitic HNSs with two different grain sizes (160 and $292{\mu}m$) were fabricated by the different hot forging strain. The fine-grained (FG) specimen exhibited longer LCF life and higher HCF limit than those of the coarse-grained (CG) specimen. Fatigue crack growth testing showed that crack propagation rate in the FG specimen was the same as that in the CG specimen, implying that crack propagation rate did not affect the discrepancy of LCF life and HCF limit between two cold-expanded HNSs. Therefore, it was estimated that superior LCF and HCF properties in the FG specimen resulted from the retardation of the fatigue crack initiation as compared with the CG specimen. Transmission electron microscopy showed that the effective grain size including twin boundaries are much finer in the FG specimen than that in the CG specimen, which can give favorable contributions to strengthening.
Murat Yaylaci;Ecren Uzun Yaylaci;Mehmet Emin Ozdemir;Sevval Ozturk;Hasan Sesli
Steel and Composite Structures
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v.46
no.4
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pp.565-575
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2023
This study represents a numerical research in vibration and buckling of functionally graded material (FGM) beam comprising edge crack by using finite element method (FEM) and multilayer perceptron (MLP). It is assumed that the material properties change only according to the exponential distributions along the beam thickness. FEM and MLP solutions of the natural frequencies and critical buckling load are obtained of the cracked FGM beam for clamped-free (C-F), hinged-hinged (H-H), and clamped-clamped (C-C) boundary conditions. Numerical results are obtained to show the effects of crack location (c/L), material properties (E2/E1), slenderness ratio (L/h) and end supports on the bending vibration and buckling properties of cracked FGM beam. The FEM analysis used in this paper was verified with the literature, and the fundamental frequency ratio ($\overline{P_{cr}}$) and critical buckling load ratio ($\overline{{\omega}}$) results obtained were compared with FEM and MLP. The results obtained are quite compatible with each other.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.6
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pp.651-659
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2011
With the increase in the thermal power output of recently developed nuclear power plants, the applied forces and moments are increased in some piping systems, so that the leak-before-break (LBB) application criteria would not be satisfied in those pipes. In this paper, we present a method for obtaining the additive LBB margin in the pipes by considering the nonlinearity of the crack and material properties. Finite element analysis and the moment-rotation equation of beam theory were used to calculate the nonlinearity of the crack and material properties. Moreover crack stability analysis was performed using the method proposed in this study. The LBB margin was increased effectively through consideration of the nonlinearity of the crack and material properties in the pipe.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.4
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pp.1301-1308
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1996
In order to save the energy and protect the environment, it were studied about ecomaterials with the developed countries as central figure. In the Metal Matrix Composites(MMCs), this trends appeared the development of the MMCs which had excellent mechanical properties in spite of the low volume fraction of reinforcement. Therefore, in this study, fatigue crack growth test, tensile and hardness test were conducted in order to investigate the mechanical and fatigue properties of 5 %, and 10 % $SiC_{p}$/Al composites. As the results, in the tensile and hardness test, tensile strength and hardness increased but fatigue crack growth rate decreased with $SiC_{p}$/Al volume fraction. And in the view of fatigue failured surface through the SEM, fatigue crack initiated around the SiC particle and in low $\Delta{K}$ regions, fatigue creck detoured the SiC particle but crack propagated through the SiC particle in the high $\DeltaK$ regions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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