The effect of porous matrix on thermal fatigue behavior of 3D-orthogonally woven SiC/SiC composite was evaluated in comparison with that having relatively dense matrix. The porous matrix yields open air passages through its thickness which can be utilized for transpiration cooling. On the other hand, the latter matrix is so dense that the air passages are sealed. A quantity of the matrix was varied by changing the number of repetition cycles of the polymer impregnation pyrolysis (PIP). Strength degradation of composites under thermal cycling conditions was evaluated by the $1200^{\circ}C$/RT thermal cycles with a combination of burner heating and air cooling for 200 cycles. It was found that the SiC/SiC composite with the porous matrix revealed little degradation in strength during the thermal cycles, while the other sample showed a 25% decrease in strength. Finally it was demonstrated that the porous structure in 3D-SiC/SiC composite improved the thermal fatigue durability.
An investigation was performed to study the matrix cracking and delamination in laminated composite plates due to transverse impact. A model was developed for predicting the initiation of the matrix cracking and the shape and size of impact-induced delamination in laminated composite plates resulting from the ballistic impact. The model consists of a stress analysis and a failure analysis. A transient finite element analysis which was based on the higher-order shear deformation theory was adopted for calculating the stresses inside the laminated composite plates during impact. A failure analysis was used to predict the initial intraply matrix cracking and the shape and size of the interface delamination in the laminates. As a results, a shear matrix cracking which was governed by the transverse interlaminar shear stress occured at the middle layer near the midplane of laminates and a bending matrix cracking which was governed by the transverse inplane stress occured at the bottom layer near the surface of laminates. In a thick laminates, a shear matrix cracking generated first at the middle layer of laminates, but in a thin laminates, a bending matrix cracking generated first at the bottom layer of laminates.
A continuum analysis of the evolution of plasticity and Bauschinger effect in a short fiber reinforced metal matrix composite, based on the FEM solution for a single fiber model has been performed to investigate the strengthening behavior. The evolution of matrix field quantities during one cycle of fully reversed loading have been examined in detail. The results indicate that the role of constrained matrix flow in generating different levels of matrix triaxiality during forward and reversed loading provides an important contribution to the developement of the Bauschinger effect in the metal matrix composite. Therefore, even when the plastic flow of the matrix material follows on isotropic hardening behavior, the Bauschinger effect is predicted for the composite material.
Fracture of uni-directional carbon fiber reinforced carbon matrix composite is strongly dependent on the orientation of basal plane in graphite matrix when it is limited within matrix. The orientation of basal planes are vertically stacked to carbon fiber which results in the weakness for applied tensile or shear force in thermosetting resin derived-carbon matrix composite. Microtextural control of the matrix was tried through chemical interaction between metal carbides and furan resin derived-carbon matrix. SiC and TiO2 addition made the orientation disordered. However, porosity increased due to decomposition of SiC. Interfacial bonding could be controlled by TiO2 addition, but carbon fiber was considerably reacted with TiC during thermal treatment higher than 2$600^{\circ}C$. Therefore, it is desirable to control the thermal treatment temperature at which decomposition of SiC was not serious and TiC/C was not formed eutectoid.
For the spatially coupled free vibration analysis of composite box beams resting on elastic foundation under the axial force, the exact solutions are presented by using the power series method based on the homogeneous form of simultaneous ordinary differential equations. The general vibrational theory for the composite box beam with arbitrary lamination is developed by introducing Vlasov°Øs assumption. Next, the equations of motion and force-displacement relationships are derived from the energy principle and explicit expressions for displacement parameters are presented based on power series expansions of displacement components. Finally, the dynamic stiffness matrix is calculated using force-displacement relationships. In addition, the finite element model based on the classical Hermitian interpolation polynomial is presented. To show the performances of the proposed dynamic stiffness matrix of composite box beam, the numerical solutions are presented and compared with the finite element solutions using the Hermitian beam elements and the results from other researchers. Particularly, the effects of the fiber orientation, the axial force, the elastic foundation, and the boundary condition on the vibrational behavior of composite box beam are investigated parametrically. Also the emphasis is given in showing the phenomenon of vibration mode change.
Intermetallic-matrix composites(IMCs) have the potential of combing matrix properties of oxidation resistance and high temperature stability with reinforcement properties of high specific strength and modulus. One of the major limiting factors for successful applications of these composite at high temperatures is the formation of interfacial reactions between matrix and ceramic reinforcement during composite process and during service. The purpose of the present investigation is to develop a better understanding of the nature of creep fracture mechanisms in a $Ni_{3}Al$ composite reinforced with both $TiB_{2}$ and SiC particulates. Emphasis is placed in the roles of the products of the reactions in determining the creep lifetime of the composite. In the present study, creep rupture specimens were tested under constant ranging from 180 to 350 MPa in vacuum at $760^{\cric}C$. The experimental data reveal that the stress exponent for power law creep for the composite is 3.5, a value close to that for unreinforced $Ni_{3}Al$. The microstructural observations reveal that most of the cavities lie on the grain boundaries of the $Ni_{3}Al$ matrix as opposed to the large $TiB_{2}/Ni_{3}Al$ interfaces, suggesting that cavities nucleate at fine carbides that lie in the $Ni_{3}Al$ grain boundaries as a result of the decomposition of the $SiC_{p}$. This observation accounts for the longer rupture times for the monolicthic $Ni_{3}Al$ as compared to those for the $Ni_{3}Al/SiC_{p}/TiB_{2} IMC$. Finally, it is suggested that creep deformation in matrix appears to dominate the rupture process for monolithic $Ni_{3}Al$, whereas growth and coalescence of cavities appears to dominate the rupture process for the composite.
In the present study, a Zr-based amorphous alloy matrix composite reinforced with tungsten porous foam was fabricated without pores or defects by liquid pressing process, and its microstructures and mechanical properties were investigated. About 69 vol.% of tungsten foam was homogeneously distributed inside the amorphous matrix, although the matrix of the composite contained a small amount of crystalline phases. The compressive test results indicate that the composite was not fractured at one time after reaching the maximum compressive strength, but showed considerable plastic strain as the compressive load was sustained by tungsten foam. The tungsten foam greatly improved the strength (2764 MPa) and ductility (39.4%) of the composite by homogeneously dispersing the stress applied to the matrix. This was because the tungsten foam and matrix were simultaneously deformed without showing anisotropic deformation due to the excellent bonding of tungsten/matrix interfaces. These findings suggest that the liquid pressing process is useful for the development of amorphous matrix composites with improved strength and ductility.
Metal matrix composites had generated a lot of interest in recent times because of significant in specific properties, it was also highlighted as the material of frontier industry because strength, heat-resistant, corrosion-resistant and wear-resistant were superiored. In recent years, the study of metal matrix composite has increased by aluminum alloy. The study is based on the tribological properties of AC4CH that is a part of the mechanical property of metal matrix composites. Metal matrix composite that is produced from matrix material AC4CH and reinforcement SiO$_2$, Al$_2$O$_3$ and TiO$_2$ are added to the metal matrix composite fur strength so binding among the whisker can take place. Each metal matrix composite is produced using the squeeze casting method. To test for tribe a pin-on-disk machine and lubricant is used without paraffine 8.2CST at room temperature which is 40$\^{C}$. As the results of this study, the tribological properties of each specimen are more improved than AC4CH. The variation of coefficient resistance is more stable at the AC4CH and TiO$_2$, but the variation rates are higher at the inanimate binder.
Aerospace structural applications, along with high performance marine and automotive applications, require high-strength efficiency, which can be achieved using metal matrix composites (MMCs). Rotating components, such as jet-engine blades and gas turbine parts, require materials that maximize strength efficiency and metallurgical stability at elevated temperatures. Titanium matrix composites (TMCs) are well suited in such applications, since they offer an enhanced resistance to temperature effects as well as corrosion resistance, in addition to optimum strength efficiency. The overall behavior of the composite system largly depends on the properties of the interface between fiber and matrix. Characterization of the fiber.matrix interface at operating temperatures is therefore essential for the developemt of these materials. The fiber fragmentation test shows good reproducibility of results in determining interface properties. This paper deals with the evaluation of fiber fragmentation characteristics in TMCs at elevated temperature and the results are compared with tests at ambient temperature. It was observed that tensile testing at $650^{\circ}C$ of single-fiber TMCs led to limited fiber fragmentation behavior. This indicates that the load transfer from the matrix to the fiber occurs due to interfacial friction, arising predominantly from mechanical clamping of the fiber by radial compressive residual and Poisson stresses. The present work also demonstrates that composite processing conditions can significantly affect the nature of the fiber.matrix interface and the resulting fragmentation of the fiber.
We have developed a Cu-based bulk amorphous composite reinforced with a micron-sized crystalline phase, the (Cu60Zr30Ti10)95Ta5 amorphous matrix composite. The composite demonstrates the ultimate strength of 2332 MPa with a dramatically enhanced fracture strain of 15.3 %. Macroscopic observation of the fractured (Cu60Zr30Ti10)95Ta5 amorphous matrix composite showed the development of multiple shear bands along with numerous branching and deflection of shear bands. Microscopic observation on the amorphous matrix of the composite showed that cracks propagate through the residual amorphous matrix located between nanocrystallites, which had formed during deformation. Simulations based on finite element method were conducted to understand the formation mechanisms of multiple shear bands, the initiation site of shear bands, and interaction of shear bands with crystalline particles. Other microscopic fracture mechanism responsible for the enhanced plasticity was discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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