As the plasma facing material in the nuclear fusion reactor, tungsten has to bear the irradiation impact of high energy particles. The surface quality of tungsten may affect its irradiation resistance, and even affect the service life of fusion reactor. In this paper, tungsten samples with different surface quality were polished by mechanical processing, subsequently conducted by D2+ implantation and thermal desorption. D2+ implantation was performed at room temperature (RT) with the irradiation dose of 1 × 1021 D2+/m2 by 5 keV D2+ ions, and thermal desorption spectroscopy measurements were done from RT to 900 K. In addition, He irradiation was also performed by 50 eV He+ ions energy with the fluxes of 5.5 × 1021 m-2s-1 and 1.5 × 1022 m-2s-1, respectively. Results reveal that the hydrogen/helium irradiation behavior are both related to surface quality. Samples with high surface quality has superior D2+ retention behavior with less D2 retained after implantation. However, such samples are more likely to generate fuzzes on the surface after helium irradiation. Different morphologies (smooth, wavy, pyramids) after helium irradiation also demonstrates that the surface morphology is related to tungsten crystallographic orientation.
Esen, Ismail;Alazwari, Mashhour A.;Eltaher, Mohamed A;Abdelrahman, Alaa A.
Steel and Composite Structures
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v.42
no.6
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pp.805-826
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2022
The free and live load-forced vibration behaviour of porous functionally graded (PFG) higher order nanobeams in the thermal and magnetic fields is investigated comprehensively through this work in the framework of nonlocal strain gradient theory (NLSGT). The porosity effects on the dynamic behaviour of FG nanobeams is investigated using four different porosity distribution models. These models are exploited; uniform, symmetrical, condensed upward, and condensed downward distributions. The material characteristics gradation in the thickness direction is estimated using the power-law. The magnetic field effect is incorporated using Maxwell's equations. The third order shear deformation beam theory is adopted to incorporate the shear deformation effect. The Hamilton principle is adopted to derive the coupled thermomagnetic dynamic equations of motion of the whole system and the associated boundary conditions. Navier method is used to derive the analytical solution of the governing equations. The developed methodology is verified and compared with the available results in the literature and good agreement is observed. Parametric studies are conducted to show effects of porosity parameter; porosity distribution, temperature rise, magnetic field intensity, material gradation index, non-classical parameters, and the applied moving load velocity on the vibration behavior of nanobeams. It has been showed that all the analyzed conditions have significant effects on the dynamic behavior of the nanobeams. Additionally, it has been observed that the negative effects of moving load, porosity and thermal load on the nanobeam dynamics can be reduced by the effect of the force induced from the directed magnetic field or can be kept within certain desired design limits by controlling the intensity of the magnetic field.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.22
no.7
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pp.468-473
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2010
This paper deals with approximate integral solutions to the one-dimensional model describing the charging process of stratified thermal storage tanks. Temperature is assumed to be the form of Fermi-Dirac distribution function, which can be separated to two sets of cubic polynomials for each hot and cold side of thermal boundary layers. Proposed approximate integral solutions are compared to the previous works of the approximate analytic solutions and show reasonable agreement. The approach, however, has benefits in mathematical difficulties, complicated solution form and unstable convergence of series solution founded in the previous analytic solutions. Solutions for a semi-infinite region, which have simple closed form solutions, give close agreement to those for a finite region. Thermocline thickness is obtained in closed form and shows proportional behavior to the square root of time and inverse proportional behavior to the square root of flow rate.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.2
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pp.138-144
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2004
The initiation and the propagation of solder joint crack depend on its environmental conditions, such as high temperature creep and thermal fatigue. Creep is known to be the most important factor for the mechanical failure of solder joints in micro-electronic components and micro-systems. This is mainly caused by the different thermal expansion coefficients of the materials used in the micro-electronic packages. To determine the reliability of solder joints and consequently the electronic components, the characterization of the creep behavior of this group of materials is crucial. This paper is to apply the theory of creep into solder joints and to provide related technical information needed for evaluation of reliability of solder joint to failure. 63Sn-37Pb solder was used in this study. This paper experimentally shows a way to enhance the reliability of solder joints.
The plate-type fuel assembly adopted in nuclear research reactor suffers from complicated effect induced by non-uniform irradiation, which might affect its stress conditions, mechanical behavior and thermal-hydraulic performance. A reliable numerical method is of great importance to reveal the complex evolution of mechanical deformation, flow redistribution and temperature field for the plate-type fuel assembly under non-uniform irradiation. This paper is the first part of a two-part study developing the numerical methodology for the thermal-fluid-structure coupling behaviors of plate-type fuel assembly under irradiation. In this paper, the thermal-fluid-structure coupling methodology has been developed for plate-type fuel assembly under non-uniform irradiation condition by exchanging thermal-hydraulic and mechanical deformation parameters between Finite Element Model (FEM) software and Computational Fluid Dynamic (CFD) software with Mesh-based parallel Code Coupling Interface (MpCCI), which has been validated with experimental results. Based on the established methodology, the effects of non-uniform irradiation and fluid were discussed, which demonstrated that the maximum mechanical deformation with irradiation was dozens of times larger than that without irradiation and the hydraulic load on fuel plates due to differential pressure played a dominant role in the mechanical deformation.
Rapid industrial development in recent times has increased the demand for light-weight materials with high strength and structural integrity. In this context, carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) composite materials are being extensively used. However, laminated CFRPs develop faults during impact because CFRPs are composed of mixed carbon fiber and epoxy. Moreover, their fracturing behavior is very complicated and difficult to interpret. In this paper, the effect of the direction of lamination in CFRP on the absorbed impact energy and impact strength were evaluated, including symmetric ply (0°/0°, −15°/+15°, −30°/+30°, −45°/+45°, and −90°/+90°) and asymmetric ply (0°/15°, 0°/30°, 0°/45°, and 0°/90°), through drop-weight impact tests. Further, the thermal properties of the specimens were measured using an infrared camera. Correlations between the absorbed impact energy, impact strength, and thermal properties as determined by the drop-weight impact tests were analyzed. These analyses revealed that the absorbed impact energy of the specimens with asymmetric laminated angles was greater than that of the specimens with symmetric laminated angles. In addition, the asymmetry ply absorbed more impact energy than the symmetric ply. Finally, the absorbed impact energy was inversely proportional to the thermal characteristics of the specimens.
The thermal barrier coating must withstand erosion when subjected to flowing gas and should also maintain good stability and mechanical properties while it must also protect the turbine component from high temperature, hot corrosion, creep, and oxidation during operation. In this study we investigated the influence of subsurface layer, $Al_2O_3$ or NiCrCoAIY bond coat layer, on the indentation damage behavior of YSZ thermal barrier coating layers deposited by electron beam physical vapor deposition (EB-PVD). The bond coat is deposited using different process such as air plasma spray (APS) or spray of high velocity oxygen fuel (HVOF) and the thickness is varied. Hertzian indentation technique is used to induce micro damages on the coated layer. The stress-strain behaviors are characterized by results of the indentation tests.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.10a
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pp.973-976
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1997
Process behavior in metal cutting results from the chip formation process which is not easily observable and measurable during machining. By means of the finite element method chip formation in orthogonal metal cutting is modeled. The reciprocal interaction between mechanical and thermal loads is taken into consideration by involving the thermo-viscoplastic flow behavior of workpiece material. Local and temporal distributions of stress and temperature in the cutting zone are calculated depending on the cutting parameters. The calculated cutting forces and temperatures are compared with the experimental results obtarned from orthogonal cutting of steel AISl 4140. The model can be applied in process design for selection of appropriate tool-workpiece combination and optimum cutting conditions in term of mechanical and thermal loads.
Parhizkar, Mehran;Shelesh-Nezhad, Karim;Rezaei, Abbas
Advances in materials Research
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v.5
no.2
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pp.121-130
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2016
In an attempt to reach a balance of performances in homo-polypropylene based system, the effects of single and hybrid reinforcements inclusions comprising calcium carbonate nanoparticles (2, 4 and 6 phc) and glass fibers (10 wt.%) on the mechanical and thermal properties were investigated. Different samples were prepared by employing twin-screw extruder and injection molding machine. In morphological studies, the uniform distribution of glass fibers in PP matrix, relative adhesion between glass fibers and polymer, and existence of nanoparticles in polymer matrix were observed. $PP/CaCO_3$ (6 phc) as compared to pure PP and PP/GF had superior tensile and flexural strengths, impact resistance and deformation temperature under load (DTUL). $PP/GF/CaCO_3$ (6 phc) composite displayed comparable tensile and flexural strengths and impact resistance to neat PP, while its tensile and flexural moduli and deformation temperature under load (DTUL) were 436%, 99% and $26^{\circ}C$greater respectively. The maximum impact resistance was observed in $PP/CaCO_3$(6 phc). The highest DTUL was perceived in PP hybrid nanocomposite containing 10 wt.% glass fiber and 4 phc $CaCO_3$ nanoparticle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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