Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.8
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pp.881-887
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2012
CFRP composite materials have been widely used in various fields of engineering because of their excellent properties. They show high specific stiffness and specific strength compared with metallic materiasl. Woven CFRP composite materials are fabricated from carbon fibers with two orientation angles ($0^{\circ}/90^{\circ}$), which influences the mechanical properties. Therefore, woven CFRP composite materials show different types of fracture behavior according to the load direction. Therefore, the fracture behavior of these materials needs to be evaluated according to the load direction when designing structures using these materials. In this study, we evaluate the fracture strength of plain-woven CFRP composite materials according to the load direction. We performed tests for six different angles (load direction: $0^{\circ}/90^{\circ}$, $30^{\circ}/-60^{\circ}$, $+45^{\circ}/-45^{\circ}$) and estimated the fracture strength for an arbitrary fiber angle by using the modified Tan's theory and harmonic function.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.5
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pp.762-771
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1987
Friction welding is a fusion process in which the necessary heat is generated by clamping one of the two pieces to be welded in a stationary chuck and rotating the other at high speed with an axially applied load. It is essentially a variation of the pressure welding process but utilizes a novel heating method. In addition to the foregoing advantages, it has also been reported excellent for welding dissimilar materials. Therefore, this study reported on investigating the strength behavior for the frictionally welded domestic structural steel SM45C and SUS304. The results obtained by the experiments are as follows. (1) The highest tensile strength of the best friction welded specimen (B4) is about 3% lower than that of SM-45C base metal, and 9% lower than that of SUS304 base metal. The heat treated specimens (850.deg.C 1hr A.C) have almost same value of tensile strength. (2) The strain of SM45C base metal is 27.3% and that of SUS304 is 42%, that of the best friction welded specimen (B4) appeared as 11.9% which is about 50% lower than the base metal, so, this same phenomenon apeared in all the other welding conditions. (3) The bending strength of SM45C base metal is 123kgf/mm$^{2}$ and that of SUS304 is 127kgf/mm$^{2}$. The best specimen (B4) appeared as 121kgf/mm$^{2}$ which is almost same bending strength for both base metals. (4) The friction welded condition involving maximum strength is determined by P$_{1}$=8kgf/mm$_{2}$, P$_{2}$=22kgf/mm$_{2}$, T$_{1}$=10sec, T$_{2}$=2sec, and amount of upset 7.6mm. (5) The interface of two dissimilar materials are mixed strongly, and welded zone is about 1.03mm and also the heat affected zone is about 2.36mm at SM45C while about 1.85mm at SUS304, therefore the welded zone and heat affected zone are very narrow to compare with those of the other welding materials.
The effects of Cr and Fe addition on the mechanical properties of Ti-6Al-4V alloys prepared by direct energy deposition were investigated. As the Cr and Fe concentrations were increased from 0 to 2 mass%, the tensile strength increased because of the fine-grained equiaxed prior ${\beta}$ phase and martensite. An excellent combination of strength and ductility was obtained in these alloys. When the Cr and Fe concentrations were increased to 4 mass%, extremely fine-grained martensitic structures with poor ductility were obtained. In addition, Fe-added Ti-6Al-4V resulted in a partially melted Ti-6Al-4V powder because of the large difference between the melting temperatures of the Fe eutectic phase (Ti-33Fe) and the Ti-6Al-4V powder, which induced the formation of a thick liquid layer surrounding Ti-6Al-4V. The ductility of Fe-added Ti-6Al-4V was thus poorer than that of Cr-added Ti-6Al-4V.
PURPOSES: The performance of tack coat, commonly used for layer interface bonding, is affected by application rate and curing time. In this study, bonding strength tests were performed according to the application rate and curing time of asphalt emulsion. Based on finding from this study, optimum application rates and curing times are proposed. METHODS: In order to investigate bonding characteristic of asphalt emulsion, tests were performed on both asphalt concrete pavement and portland concrete pavement. Also, asphalt emulsions were tested at the application rate of 0, 0.2, 0.4, 0.6, and $0.8{\ell}/m^2$ and at the curing time of 0, 0.5, 1, 2, and 24 hours. Pull-off test and shear bonding strength test, which commonly used for bonding strength measurement of asphalt emulsion, were adopted for this study. To assess field performance under different testing condition, asphalt emulsions were applied to in-service pavement. Throughout coefficient of determination analysis between material index properties from asphalt emulsion and mechanical response from bonding strength tests, performance correlativity was analyzed. RESULTS: Test results show that optimum application rate for asphalt overlay on asphalt concrete pavement (AOA) and asphalt overlay on concrete pavement (AOC) was $0.4{\sim}0.5{\ell}/m^2$ and $0.3{\sim}0.5{\ell}/m^2$, respectively. According to the curing time increment, tensile strength and shear strength of AOC were increased to 22~44% and 20~39%, respectively. AOA case also show strength increment in tensile strength (42%) and shear strength (9%). We tested the applicability of tack coat materials at the field sites, and our findings demonstrated that the bonding (for D and E) and rapid curing (for B, C, and D, E) performances were superior than others. Among material index properties, there was a high correlation between penetration ratio and bonding strength test result. CONCLUSIONS : Result show that interlayer bonding strength was affected by asphalt emulsion type, application rate and curing time. AOC required slightly higher application ($0.1{\ell}/m^2$) than AOA. Both AOA and AOC cases show higher strength at longer curing time. Up to 2hours of curing, rapid strength increments were observed, but strength increment ratio was decreased after 2hours of curing. From the observed correlation between penetration ratio and bonding strength, it is expected that penetration ratio can be used as one of important factors affecting bonding strength analysis.
Chang, Mi Se;Nam, Young Gyun;Yang, Sangsun;Kim, Kyung Tae;Yu, Ji Hun;Kim, Yong-Jin;Jeong, Jae Won
Journal of Powder Materials
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v.25
no.2
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pp.120-125
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2018
Boron nitride nanotubes (BNNTs) are receiving great attention because of their unusual material properties, such as high thermal conductivity, mechanical strength, and electrical resistance. However, high-throughput and high-efficiency synthesis of BNNTs has been hindered due to the high boiling point of boron (${\sim}4000^{\circ}C$) and weak interaction between boron and nitrogen. Although, hydrogen-catalyzed plasma synthesis has shown potential for scalable synthesis of BNNTs, the direct use of $H_2$ gas as a precursor material is not strongly recommended, as it is extremely flammable. In the present study, BNNTs have been synthesized using radio-frequency inductively coupled thermal plasma (RF-ITP) catalyzed by solid-state ammonium chloride ($NH_4Cl$), a safe catalyst materials for BNNT synthesis. Similar to BNNTs synthesized from h-BN (hexagonal boron nitride) + $H_2$, successful fabrication of BNNTs synthesized from $h-BN+NH_4Cl$ is confirmed by their sheet-like properties, FE-SEM images, and XRD analysis. In addition, improved dispersion properties in aqueous solution are found in BNNTs synthesized from $h-BN+NH_4Cl$.
Park, Eui-Seo;Kim, Taik-Nam;Yim, Hyuk-Jun;Kim, Yun-Jong;Hwang, Deuk-Soo;Kim, Jung-Woo;Kim, Sun-Ok
The Journal of Engineering Research
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v.3
no.1
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pp.181-187
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1998
Hydroxyapatite was used as implant materials, because it has a good biocompatibility and is similar to human bone. However it is not expected to have a high strength as implant materials because of a low fracture strength after sintering of HAp. Alumina ($\alpha$-alumina) shows a stable chemical properties and high strength in physiological environments. Thus it was tried to use a HAp coatings on Alumina substrate as implant materials. In this study, HAp was coated on Alumina substrate by lon Beam Assisted Deposition(IBAD). Then Ag was impregnated on HAp coating layer, which showed antimicrobial effects. To carry out the ion exchange of $Ag^+$ with $Ca^{2+}$ in HAp on the surface, HAp coated alumina substrate was immersed in 20ppm, 100ppm $AgNO_3$ solution at room temperature for 48 hours. Antimicrobial test was studied by using bacteria, which normally caused periprosthetic infections. The follwing bacteria was used in antimicrobial test. Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa (gram negative) and staphylococcus epidermidis (gram positive). Ag impregnated HAp shows very good antimicrobial effects against these bacteria. The surface structure of sample, which was treated in $AgNO_3$ solution was studied by SEM, XRD. Ag release curve was studied in Simulated Body Fluid (SBF) solution.
Fatigue behaviour of partially penetrated butt-welded joints in high strength steel plates, in which crack-like structural defect, i.e. lack of penetration(LOP), is inevitably introduced during welding processes, was investigated. Fatigue lives of two types of welded joints, namely X-grooved and K-grooved joints, were experimentally determined first. Observed fatigue crack propagation behaviours of the partially penetrated butt-welds were interpreted through considering 3-dimensional semi-elliptical crack shape in front of the LOP. Based on such interpretation, a fracture mechanical method to estimate stress intensity factors at the crack tip was proposed. Since the fatigue lift of the partially penetrated butt-welds was strongly influenced by the ratio of size of the LOP to thickness, D/t, the D/t was used as a main parameter to calculate the fatigue lift by using the proposed method. Comparison of the fatigue lift obtained experimentally and analytically agreed well with each other. Hence it is suggested that the method used in this work to predict fatigue lift of the partially penetrated butt-welds can be applied to real cases with improved lift-prediction capability.
This study assessed the feasibility of a Ti3AlC2 MAX phase as an Al-source for the formation of a mullite bond in the fabrication of porous SiC tubes with high strength. The as-received Ti3AlC2 was partially oxidized at 1200℃ for 30 min before using to minimize the abrupt volume expansion caused by oxidation during sintering. Thermal treatment at 1100-1400℃ for 3 h in air led to the formation of Al2O3 by the decomposition of Ti3AlC2, which reacted further with oxidation-derived SiO2 on the SiC surface to form a mullite phase. The fabricated porous SiC tubes with a relative density of 48 - 62 % exhibited mechanical strengths of 80 - 200 MPa, which were much higher than those with the Al2O3 filler material. The high mechanical strength of the Ti3AlC2-added porous SiC was explained by the rigid mullite neck formation along with the retained Ti3AlC2 with good mechanical properties.
Park, Kyeong-Dong;Lee, Ju-Yeong;Ki, Woo-Tae;Shin, Yeong-Jin
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.6
no.1
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pp.62-70
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2007
The development of new materials that are light-weight, yet high in strength has become vital to the machinery, aircraft and auto industries. However, there are a lot of problems with developing such materials that require expensive tools, and a great deal of time and effort. Therefore, the improvement of fatigue strength and fatigue life are mainly focused on by adopting residual stress. The fatigue crack growth rate of the Shot-peened material was lower than that of the Un-peened material. And in stage I, threshold stress intensity factor of the shot-peen processed material is high in critical parts unlike the Un-peened material. Also, fatigue crack growth exponent and number of cycle of the Shot-peened material was higher than that of the Un-peened material. That is concluded from effect of da/dN. And Fatigue life shows more improvement in the Shot-peened material than in the Un-peened material. And compressive residual stress of surface on the Shot-peen processed operate resistance force of fatigue crack propagation.
Hossain, Muhammad Mohsin;Hahn, Jae Ryang;Ku, Bon-Cheol
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.35
no.7
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pp.2049-2056
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2014
A simple method for exfoliating pristine graphite to yield mono-, bi-, and multi-layers of graphene sheets as a highly concentrated (5.25 mg/mL) and yielded solution in an organic solvent was developed. Pre-thermal treatment of pristine graphite at $900^{\circ}C$ in a sealed stainless steel bath under high pressures, followed by sonication in 1-methyl-2-pyrrolidinone solvent at elevated temperatures, produced a homogeneous, well-dispersed, and non-oxidized graphene solution with a low defect density. The electrical conductivities of the graphene sheets were very high, up to 848 S/cm. These graphene sheets were used to fabricate graphene-polyimide nanocomposites, which displayed a higher electrical conductivity (1.37 S/m) with an improved tensile strength (95 MPa). The synthesized graphene sheets and nanocomposites were characterized by transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and Raman spectroscopy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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