For TEM study of biological samples or polymers that are contained in organic structure, it is often required that the sample is prepared by using ultramicrotome and stained with proper agents to increase the contrast of organic structure. In this study, we investigated an efficient TEM sample preparation method for ductile heterogeneity material by using ultramicrotomy. Cryo-ultramicrotomy is a suitable method that is capable of rendering sample hardness for various ductile materials. However, it has several factors to consider, such as experimental cost, working time and finding the optimal staining conditions. To satisfy these considerations, we prepared TEM sample by using ultramicrotome without cryofunction, and secured the sample hardness by applying the staining process prior to ultrathin sectioning. The cross-linked polyethylene structure in the sample was stained with the 2% $RuO_4$ solution in a sealed test tube for 24 hours at $4^{\circ}C$. After the sample staining, ultrathin sections of sample were prepared using ultramicrotome. As a result, it was revealed that the difficulties associated with staining of ultrathin sections prepared by low-temperature conditions were improved. In addition, appropriate staining depth of sample could be selected for sectioning process. The quality of TEM sample obtained by using this method was better than that of cryo-ultramicroscopy. Finally, it is expected that our method could be effectively applied in TEM sample preparation for a variety of nano-bio convergence materials.
Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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2011.09a
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pp.89-97
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2011
Brittle failure of rock is a classical rock mechanics problem. Rock failure not only involves initiation and propagation of single crack, but also is a complex problem associated with initiation, propagation and coalescence of many cracks. As the most important feature of rock material properties is the heterogeneity, the Weibull statistical distribution is employed in the rock failure process analysis (RFPA) method to describe the heterogeneity in rock properties. In this paper, the applications of the RFPA method in geotechnical engineering and rockburst modeling are introduced with emphasis, which can provide some references for relevant researches.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.14
no.3
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pp.103-109
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2005
Since fretting fatigue damage accumulation occurs over relatively small volumes, the role of the microstructure is quite significant in fretting fatigue analysis. The heterogeneity of discrete grains and their crystallographic orientation can be accounted for using continuum crystallographic cyclic plasticity models. Such a constitutive law used in parametric studies of contact conditions may ultimately result in more thorough understanding of realistic fretting fatigue processes. The primary focus of this study is to explore the influence of microstructure as well as the magnitude of the normal force and tangential force amplitude during the fretting fatigue process. Fretting maps representing cyclic plastic strain behaviors are also developed to shed light on the cyclic deformation mechanisms.
The purpose of this study is to illustrate the propagation of the shear waves (SH-waves) in a prestressed hetrogeneous orthotropic media overlying a pre-stressed anisotropic porous half-space with self weight. It is considered that the compressive initial stress, mass density and moduli of rigidity of the upper layer are space dependent. The proposed model is solved to obtain the different dispersion relations for the SH-wave in the elastic-porous medium of different properties. The effects of compressive and tensile stresses along with the heterogeneity, porosity, Biot's gravity parameter on the dispersion of SH-wave are shown numerically. The wave analysis further indicates that the technical parameters of upper and lower half-space affect the wave velocity significantly. The results may be useful to understand the nature of seismic wave propagation in geophysical applications and in the field of earthquake and material science engineering.
Increasingly numerical (finite element) modeling of concrete hinges on our ability to develop a representative volume element with all its heterogeneity properly discretized. Yet, despite all the sophistication of the ensuing numerical models, the initial discretization has been for the most part simplistic. Whenever the heterogeneity of the concrete is to be accounted for, a mesh is often manually crafted through the arbitrary inclusion of the particles (aggregates and/or voids) in an ad-hoc manner. This paper develops a mathematical strategy to precisely address this limitation. Algorithms for the random generation and placement of elliptical (2D) or ellipsoid (3D) inclusions, with possibly radiating cracks, in a virtual concrete model are presented. Collision detection algorithms are extensively used.
The masonry is a complex heterogeneous material and its shear deformation and fracture is associated with very complicated progressive failures in masonry structure, and is investigated in this paper using a mesoscopic mechanical modelling, Considering the heterogeneity of masonry material, based on the damage mechanics and elastic-brittle theory, the newly developed Material Failure Process Analysis (MFPA) system was brought out to simulate the cracking process of masonry, which was considered as a three-phase composite of the block phase, the mortar phase and the block-mortar interfaces. The crack propagation processes simulated with this model shows good agreement with those of experimental observations by other researchers. This finding indicates that the shear fracture of masonry observed at the macroscopic level is predominantly caused by tensile damage at the mesoscopic level. Some brittle materials are so weak in tension relative to shear that tensile rather than shear fractures are generated in pure shear loading.
Melvin B. Diaz;Sang Seob Kim;Gyung Won Lee;Kwang Yeom Kim;Changsoo Lee;Jin-Seop Kim;Minseop Kim
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.4
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pp.449-459
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2023
The design and development of underground nuclear waste repositories should cover the performance evaluation of the different components such as the construction materials because the long term stability will depend on their response to the surrounding conditions. In South Korea, Gyeonju bentonite has been proposed as a candidate to be used as buffer and backfilling material, especially in the form of blocks to speed up the construction process. In this study, various cylindrical samples were prepared with different dry density and water content, and their physical and mechanical properties were analyzed and correlated with X-ray CT observations. The main objective was to characterize the samples and establish correlations for non-destructive estimation of physical and mechanical properties through the utilization of X-ray CT images. The results showed that the Uniaxial Compression Strength and the P-wave velocity have an increasing relationship with the dry density. Also, a higher water content increased the values of the measure parameters, especially for the P-wave velocity. The X-ray CT analysis indicated a clear relation between the mean CT value and the dry density, Uniaxial Compression Strength, and P-wave velocity. The effect of the higher water content was also captured by the mean CT value. Also, the relationship between the mean CT value and the dry density was used to plot CT dry densities using CT images only. Moreover, the histograms also provided information about the samples heterogeneity through the histograms' full width at half maximum values. Finally, the particle size and heterogeneity were also analyzed using the Madogram function. This function identified small particles in uniform samples and large particles in some samples as a result of poor mixing during preparation. Also, the μmax value correlated with the heterogeneity, and higher values represented samples with larger ranges of CT values or particle densities. These image-based tools have been shown to be useful on the non-destructive characterization of bentonite samples, and the establishment of correlations to obtain physical and mechanical parameters solely from CT images.
Kim, Yu-Il;Gang, Jung-Gyu;Sim, Cheon-Sik;Lee, Seong-Geun
Proceedings of the KWS Conference
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2005.06a
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pp.112-114
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2005
Direct nonlinear finite element analysis was carried out using nonlinear kinematic hardening model which was calibrated based on the experimentally determined material properties to obtain notch stress-strain state under cyclic load. By comparing numerical results and experimental data, conclusion was made on how well analysis results match physical phenomenon. Also, suggestion was made on what material curve should be used in conjunction with traditional Neuber/Glinka's rule to take into account the effect of material heterogeneity in its application to welded joint.
In this work, the dynamic properties of a high performance concrete containing glass powder (GP) was studied. The GP is a new cementitious material obtained by recycling waste glass presenting pozzolanic activity. This eco-friendly material was incorporated in concrete mixes by replacing 20 and 30% of cement. The mechanical properties of building materials highly affect the response of the structure under dynamic actions. First, the resonant vibration frequencies were measured on concrete plate with free boundary conditions after 14, 28 and 90 curing days by using an alternative vibration monitoring technique. This technique measures the average frequencies of several excitations done at different points of the plate. This approach takes into account the heterogeneity of a material like concrete. So, the results should be more precise and reliable. For measuring the bending and torsion resonant frequencies, as well as the damping ratio. The dynamic properties of material such as dynamic elastic modulus and dynamic shear modulus were determined by modelling the plate on the finite element software ANSYS. Also, the instantaneous aroused frequency method and ultrasound method were used to determine the dynamic elastic modulus for comparison purpose, with the results obtained from vibration monitoring technique.
Cementitious composites are multiphase heterogeneous materials with distinct dissimilarity in strength under compression and tension (high under compression and very low under tension). At macro scale, the phenomenon can be well-explained as the material contains physical heterogeneity and pores. But, it is interesting to note that this dissimilarity initiates at molecular level where there is no heterogeneity. In this regard, molecular dynamics based computational investigations are carried out on cement clinkers and calcium silicate hydrate (C-S-H) under tension and compression to trace out the origin of dissimilarity. In the study, effect of strain rate, size of computational volume and presence of un-structured atoms on the obtained response is also investigated. It is identified that certain type of molecular interactions and the molecular structural parameters are responsible for causing the dissimilarity in behavior. Hence, the judiciously modified or tailored molecular structure would not only be able to reduce the extent of dissimilarity, it would also be capable of incorporating the desired properties in heterogeneous composites. The findings of this study would facilitate to take step to scientifically alter the structure of cementitious composites to attain the desired mechanical properties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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