Concrete has excellent mechanical properties, high durability, and economical advantages over other construction materials. Nevertheless, it is not an easy task to apply concrete to long span bridges. That's because concrete has a low strength to weight ratio. Ultra high performance concrete (UHPC) has a very high strength and hence it allows use of relatively small section for the same design load. Thus UHPC is a promising material to be utilized in the construction of long span bridges. However, there is a possibility of crack generation during the curing process due to the high binder ratio of UHPC and a consequent large amount of hydration heat. In this study, adiabatic temperature rise and mechanical properties were modeled for the stress analysis due to hydration heat. Adiabatic temperature rise curve of UHPC was modeled superposing 2-parameter model and S-shaped function, and the Arrhenius constant was determined using the concept of equivalent time. The results are verified by the mock-up test measuring the temperature development due to the hydration of UHPC. In addition, models for mechanical properties such as elastic modulus, tensile strength and compressive strength were developed based on the test results from conventional load test and ultrasonic pulse velocity measurement.
This paper outlines a new strengthening technique for concrete beams using externally unbended high-strength bars. The advantages of proposed method lie in speed and simplicity of construction compared to the alternative strengthening method. Externally unbended reinforcement retains many of the advantages over external unbended prestressed tendons. It eliminates time consuming stressing operations. Clearance requirements around anchorages are reduced as access is not required for prestressing jacks. Test results of eight specimens on reinforced concrete beams using different reinforcement materials such as carbon fiber sheet, steel plate and high-tension bar are reported. The beam strengthened by carbon fiber sheet showed a brittle failure mode due to the separation of fiber. As a result of draped profile of external bar, the maximum strength of the beam were increased by up to 212 percent and the deflections were reduced by up to 65 percent. Test results show that the beams reinforced with high-tension bar are superior to reference specimens, especially for the strength and deformation capacity.
Titanium alloys are extensively used in high-temperature applications due to their excellent high strength and corrosion resistance properties. However, titanium alloys are problematic because they tend to be extremely difficult-to-cut material. In this paper, the powder synthesis, spark plasma sintering (SPS), bulk material characteristics and machinability test of hybrid $Ti_2AlC$ ceramic bulk materials were systematically examined. The bulk samples mainly consisted of $Ti_2AlC$ materials with density close to theoretical value were synthesized by a SPS method. Random orientation and good crystallization of the $Ti_2AlC$ was observed at $1100^{\circ}C$ for 10 min under SPS sintering conditions. Scanning electron microscopy results indicated a homogeneous distribution and nano-laminated structure of $Ti_2AlC$ MAX phase. The hardness and electrical conductivity of $Ti_2AlC$ were higher than that of Ti 6242 alloy at sintering temperature of $1000^{\circ}C{\sim}1100^{\circ}C$. Consequently, the machinability of the hybrid $Ti_2AlC$ bulk materials is better than that of the Ti 6242 alloy for micro-EDM process of micro-hole shape workpiece.
Jung, Kwangki;Lee, Sang Woo;Kwon, Sungwook;Choi, Sungwoo;Lee, Heeok
Tribology and Lubricants
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v.36
no.4
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pp.207-214
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2020
In this study, we investigated the effects of copper and copper-alloy on the frictional and wear properties of low-steel friction material. The proportions of copper and copper-alloy in the brake friction materials used in passenger cars are very high (approximately 5-20% weight), and these materials have significant effects on friction and wear characteristics. In this study, the effects of cupric ingredients, such as the copper fiber and brass fiber, are investigated using the friction materials based on commercial formulations. After the copper and brass fibers from the same formulation were removed, the frictional and wear characteristics were evaluated to determine the influence of the copper and copper-alloy. We evaluated the frictional and wear characteristics by simulating various braking conditions using a 1/5 scale dynamometer. The results show that the friction material containing copper and brass fibers have excellent frictional stability and a low wear rate compared to the friction material that does not contain copper and brass fibers. These results are attributed to the excellent ductility, moderate melting point, high strength, and excellent thermal conductivity of copper and copper-alloy. We analyzed the surfaces of the friction materials before and after the performing the friction tests using a scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscope, confocal microscope, and roughness tester to verify the frictional behavior of copper and copper-alloy. In future studies, it will be applied to the development of copper-free friction materials based on the results of this study.
Ti alloys are extensively used in high-technology application because of their strength, oxidation resistance at high temperature. However, Ti alloys tend to be classified very difficult to cut material. In this paper, The powder synthesis, spark plasma sintering (SPS), bulk material properties such as electrical conductivity and thermal conductivity are systematically examined on $Ti_2AlN$ and $Ti_2AlC$ materials having most light-weight and oxidation resistance among the MAX phases. The bulk samples mainly consisted of $Ti_2AlN$ and $Ti_2AlC$ materials with density close to theoretical value were synthesized by a SPS method. Machining characteristics such as machining time, surface quality are analyzed with measurement of voltage and current waveform according to machining condition of micro-electrical discharge machining with micro-channel shape.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.28
no.1
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pp.40-45
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2008
Immersion ultrasonic testing (UT) was used to determine elastic moduli of solid materials instead of the widely-used contact UT method. Conventionally, immersion UT is only used for determining the longitudinal wave speed. However, in this research, transverse wave speed was measured through finding transverse wave echoes caused by mode-conversion at material's boundary. Also, even in the cases when wave speeds could not be determined due to unknown thickness, Poisson's ratio was able to be calculated from the ratio of longitudinal and transverse wave speeds. This technique was verified for several materials, and it was found that higher accuracy was obtained by immersion UT method for materials either with relatively high wave speed or with relatively small Poisson's ratio. This technique thus will be suitable fur ceramics or high strength materials.
Jeongseok Oh;Jini Park;Sang-yeob Lee;Choong-Heui Chung;Jeong-muk Choi;Joon sik Park
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.36
no.5
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pp.270-276
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2023
In this study, we analyzed two types of cold forging dies commonly used for manufacturing general nuts and screws to investigate the differences in WC powder according to the lifespan. For both Type I and Type II dies, it was observed that as the lifespan of the molds increases, the area fraction of Co becomes larger and the size of the powder becomes smaller. Moreover, there is a trend where the strength also increases as the lifespan gets longer. Actually, the hardness value of the sample with the longest lifespan is ~ 131 HV higher than the specimen of the shortest lifespan, It is noted that the reduction in toughness of the WC-Co mold is caused by insufficient Co and the decrease in contact surface area of WC-Co results in a reduced bonding surface area. The lifespan of cold-working WC molds increases when the W content and the volume fraction of WC are high, and the size of the WC powder is small. The results can significantly enhance producing high-quality molds with an extended lifespan using WC powder for cold forging.
Jung Hwan Song;Jung Hoon Kong;Seung Yong Lee;Young Il Son;Do Kyung Kim
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.26
no.6
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pp.21-27
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2022
Cf/SiC composites have low density, high mechanical strength, and good thermal stability, making them promising materials for high-temperature applications such as rocket propulsion and military fields. However, the remaining Si deteriorates physical and thermal properties. In this paper, the de-siliconization was introduced as a method to remove the Si of the Cf/SiC composite fabricated through Liquid Silicon Infiltration(LSI) process. The stability of composite has been tested under an oxyacetylene torch flame for up to 5 minutes. The oxidized surface and cross section of specimens were characterized by 3D scanning, X-ray diffraction(XRD), Optical microscope(OM) and Scanning electron microscope(SEM).
In chemical-looping combustion, pure oxygen is transferred to fuel by solid particles called as oxygen carrier. Chemical-looping combustion process usually utilizes a circulating fluidized-bed process for fuel combustion and regeneration of the reduced oxygen carrier. The performance of an oxygen carrier varies with the active metal oxide and the raw support materials used. In this work, spraydried Mn-based oxygen carriers were prepared with different raw support materials and their physical properties and oxygen transfer performance were investigated to determine that the raw support materials used are suitable for spray-dried manganese oxide oxygen carrier. Oxygen carriers composed of 70 wt% $Mn_3O_4$ and 30 wt% support were produced using spray dryer. Two different types of $Al_2O_3$, ${\gamma}-Al_2O_3$ and ${\alpha}-Al_2O_3$, and $MgAl_2O_4$ were applied as starting raw support materials. The oxygen carrier prepared from ${\gamma}-Al_2O_3$ showed high mechanical strength stronger than commercial fluidization catalytic cracking catalyst at calcination temperatures below $1100^{\circ}C$, while the ones prepared from ${\alpha}-Al_2O_3$ and $MgAl_2O_4$ required higher calcination temperatures. Oxygen transfer capacity of the oxygen carrier prepared from ${\gamma}-Al_2O_3$ was less than 3 wt%. In comparison, oxygen carriers prepared from ${\alpha}-Al_2O_3$ and $MgAl_2O_4$ showed higher oxygen transfer capacity, around 3.4 and 4.4 wt%, respectively. Among the prepared Mn-based oxygen carriers, the one made from $MgAl_2O_4$ showed superior oxygen transfer performance in the chemical-looping combustion of $CH_4$, $H_2$, and CO. However, it required a high calcination temperature of $1400^{\circ}C$ to obtain strong mechnical strength. Therefore, further study to develop new support compositions is required to lower the calcination temperature without decline in the oxygen transfer performance.
Brittle materials such as rocks and concretes exhibit large strain-rate dependency under dynamic loading conditions. This means that the mechanical properties of such materials can significantly be varied according to load velocity. Thus, the strain-rate dependency is recognized as one of the most important considerations in solving problems of blast engineering or rock dynamics. Unfortunately, however, studies for characterizing the dynamic properties of domestic rocks and other brittle materials are still insufficient in the country. In this study, dynamic tensile tests were conducted using the Hopkinson pressure bar apparatus to characterize the dynamic properties of Geochang granite and high-strength concrete specimens. The dynamic Brazilian disc test, which is suggested by ISRM, and the spalling method were applied. In general, the latter is believed to have some advantages in experiments under high-strain rate deformation. It was found from the tests that there were no significant difference between the dynamic tensile strengths obtained from the two different test methods for the two materials given. However, this was not the expected result before the tests. Actually, authors expected that there be some differences between them. Hence, it is thought that further investigations are needed to clarify this results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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