New titanium alloys with a low elastic modulus have been developed for biomedical applications to avoid the stress shielding effect of the artificial prosthesis. The newly developed alloys contained the transition elements like Zr, Hf, Nb, Ta which were non-cytotoxicity elements and $\beta$ stabilizers. In the present paper the elastic moduli of Ti-xM containing Zr, Hf, Nb, Ta were evaluated by measuring the acoustic velocity (PEG). The effectiveness of the alloying elements for lowering the elastic modulus was investigated. In addition, the dominant factors for the low modulus were discussed. Ta was the most effective in lowering the elastic modulus of the alloys. The effectiveness of Hf was not acceptable for decreasing the elastic modulus. The dominant factor was the lattice parameter for Zr, and the poisson's ratio for Nb, Ta, respectively.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.26
no.6
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pp.390-402
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2006
The elastic properties and thickness of mullite environmental barrier coatings grown through chemical vapor deposition (CVD) on silicon carbide substrates were measured using frequency domain photoacoustic microscopy. In this technique, extremely narrow bandwidth surface acoustic waves are generated with an amplitude modulated laser source. A photorefractive crystal based interferometer is used to detect the resulting surface displacement. The complex displacement field is mapped as a function of source-to-receiver distance in order to extract the wavelength of the surface acoustic wave at a given excitation frequency, and the phase velocity is determined. The coatings tested exhibited spatial variations in thickness and mechanical properties. The measured surface wave dispersion curves were used to extract an effective value for the elastic modulus and the coating thickness. Nanoindentation was used to validate the measurements of the effective elastic modulus. The average elastic modulus measured through the coating thickness using nanoindentation is compared to the effective modulus found using the photoacoustic system. Optical microscopy is used to validate the thickness measurements. The results indicate that the photoacoustic microscopy technique can be used to estimate the effective elastic properties in coatings exhibiting spatial inhomogeneities, potentially providing valuable feedback for the optimization of the CVD growth process.
The silicon as the hyper-elastic material was used to design the shock programmer and dynamic characteristic of the shock programmer was studied. The shock programmer was a structure part that was mounted between the impactor and the test bed. The role of the shock programmer was to generate the acceleration time history by the objective of various impact tests. The effective elastic modulus of the silicon was varied under the velocity of the impactor. The effective elastic modulus of the silicon was estimated by the comparison with results between test and simulation.
Antonaci, Paola;Bocca, Pietro G.;Sellone, Fabrizio
Structural Engineering and Mechanics
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v.26
no.5
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pp.499-516
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2007
An experimental method denoted as Impulse Method is proposed as a cost-effective non-destructive technique for the on-site evaluation of concrete elastic modulus in existing structures: on the basis of Hertz's quasi-static theory of elastic impact and with the aid of a simple portable testing equipment, it makes it possible to collect series of local measurements of the elastic modulus in an easy way and in a very short time. A Hypothesis Testing procedure is developed in order to provide a statistical tool for processing the data collected by means of the Impulse Method and assessing the possible occurrence of significant variations in the elastic modulus without exceeding some prescribed error probabilities. It is based on a particular formulation of the renowned sequential probability ratio test and reveals to be optimal with respect to the error probabilities and the required number of observations, thus further improving the time-effectiveness of the Impulse Method. The results of an experimental investigation on different types of plain concrete prove the validity of the Impulse Method in estimating the unknown value of the elastic modulus and attest the effectiveness of the proposed Hypothesis Testing procedure in identifying significant variations in the elastic modulus.
Sayed Mohammad Hossein Izadi;Mahdi Fakoor;Babak Mirzavand
Steel and Composite Structures
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v.53
no.1
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pp.91-101
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2024
A cost-effective fabrication method suitable for research purposes is proposed in this study. The elastic modulus of the fabricated functionally graded materials is evaluated and compared using two experimental methods: the three-point bending test and the tensile test, with a focus on the fiber volume fraction of the FGM layers. New methods for computing the elastic modulus are introduced, which are based on Castigliano's theorem and the secant modulus concept, incorporating the non-linear behavior of the material. Additionally, the mode I fracture toughness of the FGM layers is measured accurately using the three-point bending test and finite element analysis, and the influence of varying fiber volume fractions on this parameter is investigated through statistical analysis. Results indicate that while an increase in fiber volume fraction correlates with a rise in elastic modulus, it does not necessarily lead to an enhancement in mode I fracture toughness, highlighting the complex interactions between material composition and mechanical properties.
The objective is to determine the mechanical properties of the composites formed in two types, theoretically. The first composite includes micro-particles in a matrix while the second involves long, thin fibers. A fictitious, homogeneous, linear-elastic and isotropic single material named as effective material is considered during calculation which is based on the equality of the strain energies of the composite and effective material under the same loading conditions. The procedure is carried out with volume integrals considering a unique strain energy in a body. Particularly, the effective elastic shear modulus has been calculated exactly for small-particle composites by the same procedure in order to determine of bulk modulus thereof. Additionally, the transverse shear modulus of fiber reinforced composites has been obtained through a simple approach leading to the practical equation. The results have been compared not only with the outcomes in the literature obtained by different method but also with those of finite element analysis performed in this study.
In this study, the equivalent elastic modulus of flexible textile composites was predicted by nonlinear finite element analysis. The analysis was carried out considering the material nonlinearity of fiber tows and the geometrical nonlinearity during large deformation using commercial analysis software, ABAQUS. To account for the geometrical nonlinearity due to the large shear deformation of fiber tows, a user defined material algorithm was developed and inserted in ABAQUS. In results, nonlinear stress-strain curve for the flexible textile composites under uni-axial tension was predicted from which effective elastic modulus was obtained and compared to the test result. The effective elastic moduli were calculated for the various finite element models with different waviness ratio of fiber tow.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.15
no.1
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pp.8-17
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2019
Perforated plates are used for the steam generator tube-sheet and the Reactor Vessel Closure Head in the Nuclear Power Plant. The ASME code, Section III Appendix A-8000, addresses the analysis of perforated plates, however, this analysis is only limited to the flat plate with a triangular perforation pattern. Based on the concept of the effective elastic constants, simulation of flat and spherical perforated plates and their equivalent solid plates were carried out using Finite Element Analysis (FEA). The isotropic material properties of the perforated plate were replaced with anisotropic material properties of the equivalent solid plate and subjected to the same loading conditions. The generated curves of effective elastic constants vs ligament efficiency for the flat perforated plate were in agreement with the design curve provided by ASME code. With this result, a plate with spherical curvature having perforations can be conveniently analyzed with equivalent elastic modulus and equivalent Poisson's ratio.
Park, Chul-Soo;Kim, Eun-Jung;Oh, Sang-Hoon;Kim, Hak-Sung;Mok, Young-Jin
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.10a
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pp.1404-1414
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2008
In the mechanistic-empirical trackbed design of railways, the resilient modulus is the key input parameter. This study focused on the resilient modulus prediction model, which is the functions of mean effective principal stress and axial strain, for three types of railroad trackbed materials such as crushed stone, weathered soil, and crushed-rock soil mixture. The model is composed with the maximum Young's modulus and nonlinear values for higher strain in parallel with dynamic shear modulus. The maximum values is modeled by model parameters, $A_E$ and the power of mean effective principal stress, $n_E$. The nonlinear portion is represented by modified hyperbolic model, with the model parameters of reference strain, ${\varepsilon}_r$ and curvature coefficient, a. To assess the performance of the prediction models proposed herein, the elastic response of a test trackbed near PyeongTaek, Korea was evaluated using a 3-D nonlinear elastic computer program (GEOTRACK) and compared with measured elastic vertical displacement during the passages of freight and passenger trains. The material types of sub-ballasts are crushed stone and weathered granite soil, respectively. The calculated vertical displacements within the sub-ballasts are within the order of 0.6mm, and agree well with measured values with the reasonable margin. The prediction models are thus concluded to work properly in the preliminary investigation.
Park, Chul-Soo;Hwang, Seon-Keun;Choi, Chan-Yong;Mok, Young-Jin
Proceedings of the KSR Conference
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2008.11b
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pp.805-814
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2008
This study focused on the resilient modulus prediction model, which is the functions of mean effective principal stress and axial strain, for three types of railroad trackbed materials such as crushed stone, weathered soil, and crushed-rock soil mixture. The model is composed with the maximum Young's modulus and nonlinear values for higher strain in parallel with dynamic shear modulus. The maximum values is modeled by model parameters, $A_E$ and the power of mean effective principal stress, $n_E$. The nonlinear portion is represented by modified hyperbolic model, with the model parameters of reference strain, ${\varepsilon}_r$ and curvature coefficient, a. To assess the performance of the prediction models proposed herein, the elastic response of a test trackbed near PyeongTaek, Korea was evaluated using a 3-D nonlinear elastic computer program (GEOTRACK) and compared with measured elastic vertical displacement during the passages of freight and passenger trains. The material types of sub-ballasts are crushed stone and weathered granite soil, respectively. The calculated vertical displacements within the sub-ballasts are within the order of 0.6mm, and agree well with measured values with the reasonable margin. The prediction models are thus concluded to work properly in the preliminary investigation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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