Many pressure vessels for the hot H$\sub$2//H$\sub$2/S service are made of 2+1/4Cr-1Mo steel with austenitic stainless steel overlay to combat agressive corrosion due to hydrogen sulfide. Hydrogen dissolves in to materials during operation, and sometimes gives rise to unfore-seeable damages. Appropriate precautions must, therefore, be taken to avoid the hydrogen induced damages in the design, fabrication and operation stage of such reactor vessels. Recently, hydrogeninduced cracking (or Disbonding) was found at the interface between base metal and stainless weld overlay of a desulfurizing reactor. Since the stainless steel overlay weld metal is subjected to thermal and internal-pressure loads in reactor operation, it is desirable for the overlay weld metal to have high strength and ductility from the stand point of structural safety. In section III of ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Post-Weld Heat Treatment(PWHT) of more than one hour per inch at over 1100.deg. F(593.deg. C) is required for the weld joints of low alloy pressure vessel steels. This heat treatment to relieve stresses in the welded joint during construction of the pressure vessel is considered to cause sensitization of the overlay weld metal. The present study was carried out to make clear the diffusion of carbon migration by PWHT in dissimilar metal welded joint. The main conclusion reached from this study are as follows: 1) The theoretical analysis for diffusion of carbon in stainless steel overlay weld metal does not agree with Fick's 2nd law but the general law of molecular diffusion phenomenon by thermodynamic chemical potential. 2) In the stainless steel overlay welded joint, the PWHT at 720.deg. C for 10 hours causes a diffusion of carbon atoms from ferritic steel into austenitic steel according to the theoretical analysis for carbon migration and its experiment. 3) In case of PWHT at 720.deg. C for 10 hours, the micro-hardness of stainless steel weld metal in bonded zone increase very highly in the carburized layer with remarkable hardening than that of weld metal.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.9
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pp.51-56
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2016
Corrugated bulkheads have many advantages compared to stiffened bulkheads, and they have thus been used for the cargo tank bulkheads of commercial vessels, such as bulk carriers, product oil carriers, and chemical tankers. Various studies have been carried out to find the optimum corrugation shape for bulk carriers, but optimum design studies for chemical tankers with bulkheads made of high-priced materials are scarce. The purpose of this study is to develop a minimum weight design method for horizontal corrugated bulkheads for a chemical tanker. An evolution strategy (ES) that searches for a reliable global optimum point was applied as an optimization technique, and the structural safety of the optimum design was verified through structural analysis using the finite element method (FEM). The results were compared with those of an existing ship, which showed a weight reduction of about 14% with equivalent structural strength.
X-ray computed tomography (CT) is very useful for the quantitative evaluation of internal structures, particularly defects in rock samples, such as pores and fractures. In situ CT allows 3D imaging of a sample subjected to various external treatments such as loading and therefore enables observation of changes that occur during the loading process. We reviewed state-of-the-art of in situ CT applications for geomaterials. Two triaxial cells made using relatively low density but high strength materials were developed aimed at in situ CT scanning during hydro-mechanical laboratory testing of rocks. Preliminary results for in situ CT imaging of granite and sandstone samples with diameters ranging from 25 mm to 50 mm show a resolution range of 34~105 ㎛ per pixel pitch, indicating the feasibility of in situ CT observations for internal structural changes in rocks at the micrometer scale. Potassium iodide solution was found to improve the image contrast, and can be used as an injection fluid for hydro-mechanical testing combined with in situ CT scanning.
Kim, You-Kyoung;An, Yin-Zhe;Cha, Jae-Kook;Lee, Jung-Seok;Jung, Ui-Won;Choi, Seong-Ho
The Journal of the Korean dental association
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v.56
no.12
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pp.667-685
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2018
Objectives: Aim of this study was to evaluate bone regenerative efficacy of a chemically cross-linked porcine collagen membrane (CM) when used in combination with highly soluble biphasic calcium phosphate (BCP). Materials and methods: Physiochemical properties of the experimental collagen membrane were analyzed. Four circumferential defects with diameter of 8 mm were created in each calvarium of New Zealand white rabbits (n = 10). Defects were randomly allocated to one of following 4 groups: 1) BCP-CM (BCP (20% hydroxyapatite/80% ${\beta}$-tricalcium phosphate) covered with the prepared collagen membrane), 2) BCP (only BCP used), 3) CM (only the prepared collagen membrane used), and 4) C (control; only blood clot). After 2 weeks (n = 5) and 8 weeks (n = 5), histologic and histomorphometric analyses were performed. Results: The experimental collagen membrane exhibited dense and compact structure, relatively high tensile strength and lower degradability. Histologic analyses revealed that new bone increased rapidly at 2 weeks, while defect was preserved at 8 weeks. Histomorphometric analyses revealed that the new bone areas increased in the BCP-grafted groups over 8 weeks, with BCP-CM exhibiting greater total augmented area than that of BCP group both at 2 weeks ($27.12{\pm}3.99$ versus $21.97{\pm}2.27mm^2$) and 8 weeks ($25.75{\pm}1.82$ versus $22.48{\pm}1.10mm^2$) (P < 0.05). Conclusions: The experimental collagen membrane successfully preserved localized defect for 8 weeks despite early rapid resorption of BCP. Within the study limitations, combined use of the chemically cross-linked porcine collagen membrane and highly soluble BCP aided localized bone regeneration.
The interfacial properties in carbon fiber composites, which control the overall mechanical properties of the composites, are very important. Effective interface enhancement work is conducted on the modification of the carbon fiber surface with carbon nanotubes (CNTs). Nonetheless, most surface modifications methods do have their own drawbacks such as high temperatures with a range of 600~1000℃, which should be implemented for CNT growth on carbon fibers that can cause carbon fiber damages affecting deterioration of composites properties. This study includes the use of in-situ interfacial polymerization of polyamide 610/CNT to fabricate the carbon fiber composites. The process is very fast and continuous and can disperse CNTs with random orientation in the interface resulting in enhanced interfacial properties. Scanning electron microscopy was conducted to investigate the CNT dispersion and composites morphology, and the thermal stability of the composites was analyzed via thermogravimetric analysis. In addition, fiber pull-out tests were used to assess interfacial strength between fiber and matrix.
An isotropic pitch precursor for fabricating carbon fibres was prepared by co-carbonization of ethylene bottom oil(EBO) and polyvinyl chloride (PVC). Various pre-treatments of EBO and PVC, and a high heating rate of $3^{\circ}C/min$ with no holding time, were evaluated for their effects on the oxidative stabilization process and the mechanical stability of the resulting fibres. Our stabilization process enhanced the volatilization, oxidative reaction and decomposition properties of the precursor pitch, while the addition of PVC both decreased the onset time and accelerated the oxidative reaction. Aliphatic carbon groups played a critical role in stabilization. Microstructural characterization indicated that these were first oxidised to carbon-oxygen single bonds and then converted to carbon-oxygen double bonds. Due to the higher heating rate and lack of a holding step during processing,the resulting thermoplastic fibers did not completely convert to thermoset materials, allowing partially melted, adjacent fibres to fuse. Fiber surfaces were smooth and homogeneous. Of the various methods evaluated herein, carbon fibers derived from pressure-treated EBO and PVC exhibited the highest tensile strength. This work shows that enhancing the naphthenic component of a pitch precursor through the co-carbonization of pre-treated EBO with PVC improves the oxidative properties of the resulting carbon fibers.
Cellulose nanofibrils (CNF) based on wood pulp fibers are gained much attention as part of biocompatible hydrogels for biomedical applications such as tissue engineering scaffolds, biomedicine, and drug carrier. However, CNF hydrogels have relatively poor mechanical properties, impeding their applications requiring high mechanical integrity. In this work, we prepare 2,2,6,6-tetramethylipiperidin-oxyl (TEMPO) oxidated cellulose nanofibrils hydrogels mediated with metal cations, which form the metal-carboxylate coordination bonds for enhanced mechanical strength and toughness. We conduct the large amplitude oscillatory shear (LAOS) test and Live/dead cell assay for obtaining nonlinear viscoelastic parameters and cell viability, respectively. In particular, the cell proliferation and viability change depending on the type of metal salt, which also affected the rheological properties of the hydrogels.
Bidini, G.;Barelli, L.;Buratti, C.;Castori, G.;Belloni, E.;Merli, F.;Speranzini, E.
Smart Structures and Systems
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v.30
no.3
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pp.327-332
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2022
In building envelope, transparent components play an important role. The structural glazing systems are the weak element of the casing in terms of mechanical resistance, thermal and acoustic insulation. In the present work, new structural glass panels with granular aerogel in interspace were investigated from different points of view. In particular, the mechanical characterization was carried out in order to assess the resistance to bending of the single glazing pane. To this end, a special instrument system was built to define an alternative configuration of the coaxial double ring test, able to predict the fracture strength of glass large samples (400 × 400 mm) without overpressure. The thermal and lighting performance of an innovative double-glazing façade with granular aerogel was evaluated. An experimental campaign at pilot scale was developed: it is composed of two boxes of about 1.60 × 2 m2 and 2 m high together with an external weather station. The rooms, identical in terms of size, construction materials, and orientation, are equipped with a two-wing window in the south wall surface: the first one has a standard glazing solution (double glazing with air in interspace), the second room is equipped with the innovative double-glazing system with aerogel. The indoor mean air temperature and the surface temperature of the glass panes were monitored together with the illuminance data for the lighting characterization. Finally, a brief energy characterization of the performance of the material was carried out by means of dynamic simulation models when the proposed solution is applied to real case studies.
PURPOSE. Zirconia has exceptional biocompatibility and good mechanical properties in clinical situations. However, finite element analysis (FEA) studies on the biomechanical stability of two-piece zirconia implant systems are limited. Therefore, the aim of this study was to compare the biomechanical properties of the two-piece zirconia and titanium implants using FEA. MATERIALS AND METHODS. Two groups of finite element (FE) models, the zirconia (Zircon) and titanium (Titan) models, were generated for the exam. Oblique (175 N) and vertical (175 N) loads were applied to the FE model generated for FEA simulation, and the stress levels and distributions were investigated. RESULTS. In oblique loading, von Mises stress values were the highest in the abutment of the Zircon model. The von Mises stress values of the Titan model for the abutment screw and implant fixture were slightly higher than those of the Zircon model. Minimum principal stress in the cortical bone was higher in the Titan model than Zircon model under oblique and vertical loading. Under both vertical and oblique loads, stress concentrations in the implant components and bone occurred in the same area. Because the material itself has high stiffness and elastic modulus, the Zircon model exhibited a higher von Mises stress value in the abutments than the Titan model, but at a level lower than the fracture strength of the material. CONCLUSION. Owing to the good esthetics and stress controllability of the Zircon model, it can be considered for clinical use.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.7
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pp.33-40
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2021
Current industrial flow is directed toward reducing the usage of raw materials by reusing parts, which is referred to as a circular economy (CE). Repair is one of the most value-added approaches in CE, which can be efficiently accomplished via additive manufacturing. The repair technology of metallic parts via the directed energy deposition process, which includes the selective removal and redeposition of damaged regions of metallic parts. Residual stress characteristics depend on the shape of the part and the shape of the redeposition region. The objective of this study is to investigate the effects of the radius and corner position of the substrate on the residual stresses for repair by using finite element analysis (FEA). The residual stress distribution of the 45° angle groove at the edge of the circular shape models on the outer and inner radii was analytically investigated. The analysis was accomplished using SYSWELD software by applying a moving heat source with defined material properties and cooling conditions integrated into the FEA model. The results showed a similar pattern of concentrated stress distribution for all models except the 40-mm and 60-mm radii, for which the maximum stress locations were different. The maximum residual stresses are high but lower than the yield strength, suggesting the absence of cracks and fractures due to residual stresses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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