Effects of resin contents, number of carbonization, graphitization, sliding speed, and oxidation on friction and wear behavior of carbon/carbon composite materials were investigated. Friction and wear tests were carried out under various sliding conditions. An experimental setup was designed and built in the laboratory. Stainless steel disks were used as the counterface material. Friction coefficient, emperature, and wear factor were measured with a data acquisition system. Wear surfaces were observed by the scanning electron microscope. It has been shown that the average friction coefficient was increased with the sliding speed in the range of 1.43~6.10 m/s, but it as decreased in the range of 6.10~17.35 m/s. Specimens prepared by different numbers of carbonization. showed variations in friction coefficient and friction coefficient of the graphitized specimen was the highest. Friction coefficients depended on contribution of the plowing and adhesive components. As the number of carbonization was increased, wear factor was reduced. Wear factor of the graphitized specimens dropped further. In the case of graphitized specimens, sliding speed had a large influence on wear behavior. When the tribological experiments were conducted in nitrogen atmosphere, the wear factor was decreased to two thirds of the wear factor obtained in air. It is obvious that the difference was affected by oxidation. Results of friction and wear tests were applied to a neural network system based on the backpropagation algorithm. A neural network may be a valuable tool for prediction of tribological behavior of the carbon/carbon composite material if ample data are present.
This paper presents shear characteristics of a ground improved by sand piles. The sand piles have different length and diameter depending on the depth of a clayey layer. A series of CU triaxial compression tests are carried out on specimens covered with/without soft material which is similar to geotextile. The results show that the shear strength and stress ration increase as the length and the diameter of the sand pile increase. In addition, covering the specimen with the soft material appears to affect those characteristics as well. The increase of cohesion seems to be more remarkable compared to internal frictional angle.
In this paper, the higher order terms in the crack tip stress fields are investigated macroscopically for more realistic assessment of structural material behaviors. For reactor pressure vessel material of A533B ferritic steel, effects of crack size and temperature have been evaluated using 3-point SENB specimens through a series of finite element analyses, tensile tests and fracture toughness tests. The T-stress, Q-parameter and q-parameter as well as the K and J-integral are calculated and mutual relationships are investigated also. Based on the evaluation, it has proven that the effect of crack size from standard length (a/W=0.53) to shallow length (a/W=0.11) is remarkable whilst the effect of temperature from -20$^{\circ}C$ to -60$^{\circ}C$ is negligible. Finally, the cleavage fracture toughness loci as a function of the promising Q-parameter or q-parameter are developed using specific test results as well as finite element analysis results, which can be applicable for structural integrity evaluation considering constraint effects.
FFP(Fitness For Purpose) type defect assessment methodologies based on ECA(Engineering Critical Analysis) have been established and are in use for the structural integrity evaluation of gas pipelines. ECA usually includes the fracture mechanics analysis, and it assumes that J-integral uniquely characterizes crack-tip stress-strain fields. However, it has been shown that it is not sufficient to characterize the crack-tip field under low levels of constraint with a single parameter. Since pipeline structures are made of ductile material, locally loaded in tension, cracks may experience low level of constraint, and therefore, J-dominance will be lost. For this reason, the level of constraint must be quantified to establish a precise assessment procedure for pipeline defects. The objective of this paper is to Investigate the fracture behavior of a crack in gas pipeline by quantifying the level of constraint. For this purpose, tensile tests and CTOD tests were performed at room temperature$(24^{\circ}C)$ and low temperature$(-40^{\circ}C)$ to obtain the material properties. J-Q analyses were performed for SENB and SENT specimens based on 2-D finite element analyses, in order to investigate the in-plane constraint effects on pipeline defects.
Park, Tae-Gyu;Sim, Sang-Hun;Yun, Gi-Bong;Jang, Chang-Hui
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.1
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pp.171-178
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2002
An effect is made in this study to deepen understanding of small punch(SP) creep testing which has been a round for about 10 years as a substitute for the conventional uniaxial creep testing. Even though considerable numbers of SP creep test program have been performed, most of the tests were aimed at measuring creep rupture lives only. Very flew studies showed interest on the meaning of what we were really measuring during the SP creep tests. In this paper meanings of the parameters measured during the SP creep testing, such as punch load and punch displacement rate are investigated using finite element analysis. It was shown that the measured parameters must represent the stress and strain rates of the material at the annular region located at about 0.65 mm from the center of the SP specimen. The material in this location would go through constant maximum stress and strain rate during the testing. Experimental verification is also discussed.
Fretting is a potential degradation mechanism of structural components and equipments exposed to various environments and loading conditions. The fretting degradation, for example, can be observed in equipments of nuclear, fossil as well as petroleum chemical plants exposed to special environments and loading conditions. It is well known that a cast stainless steel(CF8M) used in a primary reactor coolant(RCS) degrades seriously when that material is exposed to temperature range ken $290^{\circ}C{\sim}390^{\circ}C$ for long period. This degradation can be resulted into a catastrophical failure of components. In the present paper, the characteristics of the fretting fatigue are investigated using the artificially aged CF8M specimen. The specimen of CF8M are prepared by an artificially accelerated aging technique holding 1800hr at $430^{\circ}C$ respectively. Through the investigations, the simple fatigue endurance limit of the virgin specimen is not altered from that obtained from the fatigue tests imposed the fretting fatigue. The similar tests are performed using the degraded specimen. The results are not changed from those of the virgin specimen. The significant effects of fretting fatigue imposed on both virgin and degraded specimen on the fatigue strength are not found.
Kim, Hun;Choi, Jong-Hyun;Kim, Jun-Ki;Park, Ki-Sung;Kim, Seung-Tae;Kim, Seon-Jin
Korean Journal of Materials Research
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v.11
no.10
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pp.841-845
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2001
The steam generator tubes of power plant damaged by sliding wear due to flow-induced motion of foreign object. Amount of wear have been predicted by Achard's wear equation until now. However, there are large error and low reliability, because this equation regards wear coefficient(k) as constant. The sliding wears tests have been performed at room temperature to examine parameters of wear (wear distance, contact stress). The steam generator tube material for wear test is used Inconel 600 and foreign object material is used 304 austenite stainless steel. The sliding wear tests show that the amount of wear is not linearly proportional to the wear distance(for 374 austenite stainless steel). According to experimental result, wear coefficient is not constant k but function k(s) of wear distance. The newly modified wear predictive equation V=k(s)F have small error and high reliability.
During sling wear of a ferrous metal, a surface layer is formed. Its microstructure, constituting phases, and mechanical property are different from those of the original wearing material. Since wear occurs at the layer, it is important to characterize the layer and understand how wear rate changes with different layers. Various layers are formed depending on external wear conditions such as load, sliding speed, counterpart material, and environmental conditions. In this research, sliding wear tests of pure iron were carried out against two different counterparts (AISI 52100 bearing steel and $Al_2O_3$) in the air and in an inert Ar gas atmosphere. Pure iron was employed to exclude other effects from secondary phases in steel on the wear. Wear tests were performed at room temperature. Worn surfaces, wear debris, and cross-sections were analyzed after the test. It was found that these two different counterparts and environments produced diverse layers, resulting in significant changes in wear rate. Against the bearing steel, pure iron showed higher wear rate in an Ar atmosphere due to severe adhesion than that in the air. On the contrary, the iron showed much higher wear rate in the air against $Al_2O_3$. Different layers and wear rates were analyzed and discussed by oxidation, severe plastic deformation, and adhesion at wearing surfaces.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.1
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pp.105-114
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1989
This study was carried out to measure the mechanical properties and the acoustic emission (AE) characteristics of the carbon fiber reinforced composites of several types of the stacking sequence. AE signals were detected during the tensile tests. The number of ringdown counts, total ringdown counts were plotted together with the load-displacement curves. The tensile load-displacement behavior of specimen is compared and discussed based on the measured AE properties in relation to the failure mechanism. With the increase of load, AE signals increased. This showed that failure had being propagated by matrix deformation and cracking, delamination, fiber debonding and breakage. Felicity ratio has been obtained by observation of ;the Kaiser effect according to the variation of load ratio. The reloading tests showed that the felicity ratio decreased obviously when the load ratio or damage increased. These AE characteristics are hopeful to be employed as the criteria to evaluate the failure processes of composites.
The stone-dust is an unavoidable by-product of aggregate production, which is produced about 0.8~1.0 million $m^3$ annually. The stone-dust is currently regarded as a hazard material on environment because it is classified as an industrial waste in the Waste Management Law of Korea. At present, the stone-dust is considered as a environmentally hazardous material, and is classified as an industrial waste according to the Waste Management Law of Korea. In this study, we assessed the heavy-metal contamination of the stone-dust on surrounding environments by various leaching tests. Leaching experiments (such as Korea Standard Leaching Procedure (KSLP), Soil Environment Preservation Act of Korea (SEPAK), Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP), and Synthetic Precipitation Leaching Procedure (SPLP)) show that very low heavy metals (As, Cd, Cu, Pb, Zn, Hg) and CN are leached out, or much less than each regulatory thresholds. The resuts of the leaching test with time in acidic solution (initial pH 5 and 3) indicate that pH-buffering minerals are present in the stone-dust. These results suggest that the stone-dust can not potentially affect adverse impact on surrounding environments such as surface water, groundwater and soil etc..
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[게시일 2004년 10월 1일]
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