The mechanical and thermal behaviors of polyamide-6/clay nanocomposites were studied using the continuum-based, micromechanical models such as Mori-Tanaka, Halpin-Tsai and shear lag. Mechanic-based model prediction provides a better understanding regarding the dependence of the nanocomposites' reinforcement efficiency on conventional filler structural parameters such as filler aspect ratio ($\alpha$), filler orientation (S), filler weight fraction (${\Psi}_f$), and filler/matrix stiffness ratio ($E_f/E_m$). For an intercalated and exfoliated nanocomposite, an effective, filler-based, micromechanical model that includes effective filler structural parameters, the number of platelets per stack (n) and the silicate inter-layer spacing ($d_{001}$), is proposed to describe the mesoscopic intercalated filler and the nanoscopic exfoliated filler. The proposed model nicely captures the experimental modulus behaviors for both intercalated and exfoliated nanocomposites. In addition, the model prediction of the heat distortion temperature is examined for nanocomposites with different filler aspect ratio. The predicted heat distortion temperature appears to be reasonable compared to the heat distortion temperature obtained by experimental tests. Based on both the experimental results and model prediction, the reinforcement efficiency and heat resistance of the polyamide-6/clay nanocomposites definitely depend on both conventional (${\alpha},\;S,\;{\Psi}_f,\;E_f/E_m$) and effective (n, $d_{001}$) filler structural parameters.
The effect of an increasing percentage of nanofiller (glass cenosphere) with Glass/Epoxy hybrid composite curved panels modeled mathematically using the multiscale concept and subsequent numerical eigenvalues of different geometrical configurations (cylindrical, spherical, elliptical, hyperboloid and flat) predicted in this research article. The numerical model of Glass/Epoxy/Cenosphere is derived using the higher-order polynomial type of kinematic theory in association with isoparametric finite element technique. The multiscale mathematical model utilized for the customized computer code for the evaluation of the frequency data. The numerical model validation and consistency verified with experimental frequency data and convergence test including the experimental elastic properties. The experimental frequencies of the multiscale nano filler-reinforced composite are recorded through the impact hammer frequency test rig including CDAQ-9178 (National Instruments) and LABVIEW virtual programming. Finally, the nano cenosphere filler percentage and different design associated geometrical parameters on the natural frequency data of hybrid composite structural configurations are illustrated through a series of numerical examples.
Rapid construction of prefabricated bridges requires minimizing the field work of precast members and ensuring structural stability and constructability. In this study, we conducted experimental and analytical investigations of transverse joints of prefabricated T-girder bridge superstructures to verify the flexural performance and serviceability. In addition, we conducted parametric studies to identify the joint parameters. The results showed that both the segmented and continuous specimens satisfied the ultimate flexural strength criterion, and the segmented specimen exhibited unified behavior, with the flexural strength corresponding to that of the continuous specimen. The segmented specimens exhibited elastic behavior under service load conditions, and the maximum crack width satisfied the acceptance criteria. The reliability of the finite element model of the joint was verified, and parametric analysis of the convexity of the joint section and the compressive strength of the filler concrete showed that the minimum deflection and crack width occurred at a specific angle. As the strength of the filler concrete increased, the deflection and crack width decreased. However, we confirmed that the reduction in the crack width was hardly observed above a specific strength. Therefore, a design suitable for prefabricated bridges and accelerated construction can be achieved by improving the joint specifications based on the required criteria.
Seo, Seung-Kuk;Roh, Jae-Seung;Kim, Suk-Hwan;Chi, Se-Hwan;Kim, Eung-Seon
Carbon letters
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제12권1호
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pp.8-15
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2011
We study the relationships between the thermal emissivity of nuclear graphites (IG-110, PCEA, IG-430 and NBG-18) and their surface structural change by oxidation using scanning electron microscope and X-ray diffraction (XRD). The nonoxidized (0% weight loss) specimen had the surface covered with glassy materials and the 5% and 10% oxidized specimens, however, showed high roughness of the surface without glassy materials. During oxidation the binder materials were oxidized first and then graphitic filler particles were subsequently oxidized. The 002 interlayer spacings of the non-oxidized and the oxidized specimens were about $3.38{\sim}3.39{\AA}$. There was a slight change in crystallite size after oxidation compared to the nonoxidized specimens. It was difficult to find a relationship between the thermal emissivity and the structural parameters obtained from the XRD analysis.
On-line electric vehicle (OLEV) is a new eco-friendly transportation system that collects electricity from a power cable buried beneath the road surface, allowing the system to resolve various problems associated with batteries in electric vehicles. This paper presents a finite element (FE) based thermo-mechanical analysis of precast concrete structures that are utilized in the OLEV system. An experimental study is also conducted to identify materials used for a joint filler, and the observed experimental results are applied to the FE analysis. Traffic loading and boundary conditions are modeled in accordance with the related standards and environmental characteristics of a road system. A series of structural analyses concerning various test scenarios are conducted to investigate the sensitivity of design parameters and to evaluate the structural performance of the road system.
Kunlong Tian;Chao Zhao;Yi Zhou;Xingu Zhong;Xiong Peng;Qunyu Yang
Structural Engineering and Mechanics
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제91권1호
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pp.75-86
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2024
In this paper, the porous metal PM-35 is proposed as the filler material of filled thin-walled tubes (FTTs), and a series of experimental study is conducted to investigate the dynamic behavior and energy absorption performance of PM-35 filled thin-walled tubes under impact loading. Firstly, cylinder solid specimens of PM-35 steel are tested to investigate the impact mechanical behavior by using the Split Hopkinson pressure bar set (SHP); Secondly, the filled thin-walled tube specimens with different geometric parameters are designed and tested to investigate the feasibility of PM-35 steel applied in FTTs by the orthogonal test. According to the results of this research, it is concluded that PM-35 steel is with the excellent characteristics of high energy absorption capacity and low yield strength, which make it a potential filler material for FTTs. The micron-sizes pore structure of PM-35 is the main reason for the macroscopic mechanical behavior of PM-35 steel under impact loading, which makes the material to exhibit greater deformation when subjected to external forces and obviously improve the toughness of the material. In addition, PM-35 steel core-filled thin-wall tube has excellent energy absorption ability under high-speed impact, which shows great application potential in the anti-collision structure facilities of high-speed railway and maglev train. The parameter V0 is most sensitive to the energy absorption of FTT specimens under impact loading, and the sensitivity order of different variations to the energy absorption is loading speed V0>D/t>D/L. The loading efficiency of the FTT is affected by its different geometry, which is mainly determined by the sleeve material and the filling material, which are not sensitive to changes in loading speed V0, D/t and D/L parameters.
Prakash, Y.;Somashekarappa, H.;Manjunath, A.;Mahadevaiah, Mahadevaiah;Somashekar, R.
Advances in materials Research
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제2권1호
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pp.37-49
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2013
The transition metal salt doped solid polymer electrolyte [TSPE] were prepared with HPMC as a host polymer. The virgin and doped films were prepared by solution-casting method and investigated using wide angle X-ray scattering method. Micro structural parameters like lattice strain (g%), stacking/twin faults, the average number of unit cells counted in a direction perpendicular to the Bragg's plane (hkl) spacing of (hkl) planes dhkl, crystallite size Ds, distortion width, standard deviation were determined by whole pattern powder fitting (WPPF) method, which is an extension of single order method. It is found that the crystallite size decreases with the increase in the content of $FeCl_3$. This decrease is due to increase in localized breaking of polymer network which also accounts for the amorphous nature of the material. The filler inorganic salt $FeCl_3$ acts as plasticizer. FTIR study also confirms and justifies the interaction between the polymer and in-organic salt in the matrix. Physical properties like mechanical stability and Ac conductivity in these films are in conformity with the X-ray results.
Paper is a composite consisted of various solid materials including pulp, filler and other additives. The pore is also one of components consisting the paper structure. Thus the characterization of pore structure of paper is very helpful in the understanding the structural properties of paper. Mercury intrusion technique is frequently used for the characterization of the porous paper, giving access to parameters such as pore size and pore distribution. But some researchers pointed out the problem that the distortion of the pore structure can be occurred by the application of high pressure during mercury intrusion. Thus in this study, we tried to evaluate the potential of SEM and image analysis method as means for analyzing pore structure of the paper. The new pore analysis technique with SEM and image analysis does not require the application of high pressure, and gave better relation between the measured pore characteristics and the bulk of sheet than mercury intrusion method.
Inertia friction welding, a relatively recent innovation in the art of joining materials, is a forge-welding process that releases kinetic energy stored in the flywheel as frictional heat when two parts are rubbed together under the right conditions. In a comparatively short time, the process has become a reliable method for joining ferrous, and dissimilar metals. The process is based on thrusting one part, attached to a flywheel and rotating at a relatively high speed, against a stationary part. The contacting surfaces, heated to plastic temperatures, are forged together to produce a reliable, high-strength weld. Welds are made with little or no workpiece preparation and without filler metal or fluxes. However, In order to obtain a good weld, the determination of the optimum weld parameters is an important problem. Especially, because the amount of the flywheel mass will be determined according to the initial rotating velocity values at the constant thrust load, the initial rotating velocity is an important factor to affect a weld character of the inertia-welded IN713C-SAE8630, which is used for the wheel-shafts of turbine rotors or turbochargers, exhausting valves, etc. In this paper, the effects of initial rotational velocity on a weld character of inertia-welded IN713C-SAE8630 was studied through considerations of weld parameters determination, micro-structural observations and tensile tests. The results are as the following: 1) As initial rotating velocity was reduced to 267 FPM, cracks and carbide stringers were completely eliminated in the micro-structure of welded zone. 2) As initial rotating velocity was reduced and flywheel mass was increased correspondingly, the maximum welding temperatures were decreased and the plastic working in the weld zone was increased. 3) As initial rotating velocity was progressively decreased and carbides were decreased, the tensile strengths were increased. 4) And also the fracture location moved out of the weld zone and the tensile tests produced, the failures only in the cast superalloy IN713C which do not extend into the weld area. 5) The proper initial rotating velocity could be determined as about 250 thru 350 FPM for the better weld character.
본 연구에서는 심지층처분장에서 사용될 사용후핵연료 처분용기 개발을 위한 첫 시도로서 핵임계 및 방사선 안전성과 열역학적 구조안정성 관점에서 만족하는 처분용기 크기를 도출하였으며, 처분용기 구성요소의 적절한 배열과 안전한 처분조건 등을 설정하기 위한 기본정보도 수록하였다. 처분용기에 주어지는 외압에 대한 음력해석을 위한 안전계수를 2.0으로 하였을 때, 13cm의 사잇거리를 갖는 사용후핵연료 저장통을 둘러싸고 있는 내부충전물의 직경은 112cm로 평가되었으며, 저장통과 용기외부의 가장 얇은 부분의 최소두께는 15cm로 결정되었다. 이러한 크기를 갖는 처분용기는 가압경수로 사용후핵연료 집합체 4개 또는 중수로형 사용후핵연료는 297다발을 수용할 수 있는 것으로 평가되었다. 그러나 향후 처분작업의 방사선적 안전성 확보를 위하여 용기의 상하단 부위에 대한 상세 방사선차폐해석이 필요하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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