In MEMS devices, packaging induced stress or stress induced structure deformation become increasing concerns since it directly affects the performance of the device. In this paper, deformation behavior of MEMS gyroscope package subjected to temparature change is investigated using high-sensitivity $Moir{\acute{e}}$ interferometry. Using the real-time $Moir{\acute{e}}$ setup, fringe patterns are recorded and analyzed at several temperatures. Temperature dependent analyses of warpages and extensions/contractions of the package are presented. Linear elastic behavior is documented in the temperature region of room temperature to $125^{\circ}C$. Analysis of the package reveals that global bending occurs due to the mismatch of thermal expansion coefficient between the chip, the molding compond and the PCB.
A fuel cell is an energy conversion device that converts a chemical energy directly into an electrical energy and has higher energy efficiency than an internal combustion engine, but solid oxide fuel cell (SOFC) consisting of brittle ceramic material remains as a major issue regarding the mechanical properties as the crack formation and propagation. In this study, the stress distribution and crack behavior around the crack tip were evaluated, due to investigated the effects of the surface crack at the operating condition of high temperature. As a result, the difference of the generated stress was insignificant at operating conditions of high temperature according to the surface crack length changes. This is because, the high stiffness interconnect has a closed structure to suppress cell deformation about thermal expansion. The stress intensity factor ratio $K_{II}/K_I$ increased as the crack depth increased, at that time the effect of $K_{II}$ is larger than that of $K_I$. Also the maximum stress intensity factor increased as the crack depth increased, but the location of crack was generated at the electrolyte/anode interface, not at the crack tip.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.19
no.1
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pp.15-23
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2011
The purpose of this paper is to investigate the time behavior of a multiple crack problems. It is assumed that the medium contains cracks perpendicular to the crack surfaces, that the thermo-mechanical properties are continuous functions of the thickness coordinate. we use the laminated composite plate model to simulate the material non-homogeneity. By utilizing the Laplace transform and Fourier transform techniques, the multiple crack problems in the non-homogeneous medium is formulated. Singular integral equations are derived and solved to investigate the multiple crack problems. As a numerical illustration, transient thermal stress intensity factors(TSIFs) for a functionally graded material plate subjected to sudden heating on its boundary are provided. The variation in the TSIFs due to the change in material gradient and the crack position is studied.
The welding residual stresses produced by welding frequently cause a crack and promote stress corrosion etc. in heat affected zone contained with external load and weakness of material. For the purpose pof relaxation of welding residual stress, post welding heat teratment(PWHT) is widely used. In this paper, the computer program which is based on Thermal-Elasto-plastic-creep theory for plane deformation on developed by finite element method (F.E.M) and verified its propriety by experimental measurement and also by using the developed computer program. The mechanical behavior of butt welding joint is clairfied during PWHT.
Al-Maliki, Ammar F.H.;Ahmed, Ridha A.;Moustafa, Nader M.;Faleh, Nadhim M.
Advances in Computational Design
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v.5
no.2
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pp.177-193
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2020
In the present research, dynamic analysis of functionally graded (FG) graphene-reinforced beams under thermal loading has been carried out based on finite element approach. The presented formulation is based on a higher order refined beam element accounting for shear deformations. The graphene-reinforced beam is exposed to transverse periodic mechanical loading. Graphene platelets have three types of dispersion within the structure including uniform-type, linear-type and nonlinear-type. Convergences and validation studies of derived results from finite element approach are also presented. This research shows that the resonance behavior of a nanocomposite beam can be controlled by the GPL content and dispersions. Therefore, it is showed that the dynamical deflections are notably influenced by GPL weight fractions, types of GPL distributions, temperature changes, elastic foundation and harmonic load excitation frequency.
A study was made to examine the effects of post-weld heat treatment (PWHT) on the toughness and microstructures in the weld heat-affacted zone(HAZ) of Cu-bearing HSLA-100 steel. The Gleeble thermal/mechanical simulator was used to simulate the weld HAZ. The behavior of Cu-precipitates in HAZ is similar to that in base plate. PWHT at 55$0^{\circ}C$ shows highest hardness and lowest toughness, whereas PWHT at $650^{\circ}C$ shows reasonable toughness. Cu precipitated during agcing for increasing the strength of base metal is dissolved during single thermal cycle to 135$0^{\circ}C$ and is precipitated little on cooling and heating during subsequent weld thermal cycle. It precipitates by introducing PWHT.
Surface texturing of micro dimple or pore-shaped pattern was prepared using a fiber laser system. Surface texturing was designed to have a square pattern with a particular pitch distance for each corresponding density of 5, 10, 20, and 30%. Thermal damages such as bulges and burrs formed during laser irradiation were observed around the dimples. Thermal damages were later removed by lapping using alumina particles of $0.3{\mu}m$ in diameter. Oscillating friction tests were performed against heat-treated high speed steels under lubricated condition. The lubricant used was SAE 5W-30 automotive engine oil. Normal contact pressure and oscillating frequency was 0.28 MPa and 20 Hz, respectively. The tests were continued for 20 minutes, and friction plots were recorded for examination. Results revealed that the coefficient of friction was lowered regardless of texturing density. Moreover, the lowest coefficient of friction was obtained for 10% density texturing. It is attributed to increased lubricity due to the introduction of surface texturing. In addition, it is concluded that the optimum texturing density and pattern must be found for the best lubricity and low friction.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.1
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pp.17-28
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2017
Although concrete is a noncombustible material, high temperatures such as those experienced during a fire have a negative effect on the mechanical properties. This paper studies the effect of elevated temperatures on the mechanical properties of limestone, quartzite and granite concrete. Samples from three different concrete mixes with limestone, quartzite and granite coarse aggregates were prepared. The test samples were subjected to temperatures ranging from 25 to $650^{\circ}C$ for a duration of 2 h. Mechanical properties of concrete including the compressive and tensile strength, modulus of elasticity, and ultimate strain in compression were obtained. Effects of temperature on resistance to degradation, thermal expansion and phase compositions of the aggregates were investigated. The results indicated that the mechanical properties of concrete are largely affected from elevated temperatures and the type of coarse aggregate used. The compressive and split tensile strength, and modulus of elasticity decreased with increasing temperature, while the ultimate strain in compression increased. Concrete made of granite coarse aggregate showed higher mechanical properties at all temperatures, followed by quartzite and limestone concretes. In addition to decomposition of cement paste, the imparity in thermal expansion behavior between cement paste and aggregates, and degradation and phase decomposition (and/or transition) of aggregates under high temperature were considered as main factors impacting the mechanical properties of concrete. The novelty of this research stems from the fact that three different aggregate types are comparatively evaluated, mechanisms are systemically analyzed, and empirical relationships are established to predict the residual compressive and tensile strength, elastic modulus, and ultimate compressive strain for concretes subjected to high temperatures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.9
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pp.915-923
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2007
Rubber hoses for automobile radiators are apt to be degraded and thus failed due to the influence of contacting stresses of air and coolant liquid under thermal and mechanical loadings. The aging behaviors of the skin part of the hoses due to thermo-oxidative and electro-chemical stresses were experimentally analyzed. Through the thermo-oxidative aging test, it was shown that the surface hardness IRHD(International Rubber Hardness Degrees) of the rubber increased with a considerable reduction of failure strain as the aging time and temperature increased. On account of the penetration of coolant liquid into the skin part influenced by the electro-chemical degradation(ECD) test the weight of the rubber hose increased, whereas their failure strain and IRHD hardness decreased. The hardness of the hose in the side of the negative pole was the most deteriorated at the test site of the hose skin just below the coolant surface.
Friction tests were carried out in order to investigate the effects of temperature on the friction and wear behaviors between a PMMA film and a fused silica lens using a microtribometer. The friction forces on the PMMA film were measured under atmospheric condition as the temperature of the film was increased from 300 K to 443 K. The contact area between the film and the lens was observed. The tribological characteristics of the film were significantly changed as the temperature increased. The changes were discussed with the change of the film state from glassy to viscous flow. In addition, the results showed that the friction behavior can be varied with the thermal history of the PMMA film. Residual solvent in the PMMA film could emerge to the PMMA surface due to an additional heating and the solvent on the film surface decreased the friction force.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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