Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.22
no.4
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pp.36-43
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2018
A great deal of difficulty is encountered in the thermo-mechanical analyses of nozzle assemblies for solid propellant rocket motors. The main issue in this paper is the modeling of the boundary conditions and the connections between the various components-gaps, relative movements of the components, contacts, friction, etc. This paper evaluates the complex phenomena of nozzle assemblies during burning time with co-simulations that include fluid, thermal surface reaction/ablation, and structural analysis. The validity of this approach is verified via comparison of analysis results with measured strains.
In this study, 4,4'-tetraglycidyl diaminodiphenyl methane (TGDDM)/polyamideimide (PAI) blends were cured using diaminodiphenyl sulfone (DDS). And the effect of addition of different PAI contents to neat TGDDM was investigated in the thermal, mechanical, and morphological properties of the blends. The cure behavior and thermal stability of the cured specimens were monitored by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA), respectively. Also, the critical stress intensity factor (K$\_$IC/) was measured in UTM, and the phase separation behavior and final morphology of TGDDM/PAI blends were examined in scanning electron microscopy(SEM). As a result, the cure temperature and cure activation energy (E$\_$a/) were decreased with increasing the PAI content. The decreasing of cure temperature and cure activation energy were probably due to the presence of secondary amine group of PAI backbone used as co-initiator. But, the decomposition activation energy (E$\_$t/) and K$\_$IC/ value were increased up to 5. 10 phr of PAI content, respectively and they were decreased above the PAI contents. These results were explained on the basis of chain scission reaction by etherification. And morphology of blends observed from SEM was confirmed in co-continuous structures.
CSPACE (Core meltdown, Safety and Performance Analysis CodE for nuclear power plants) for a simulation of severe accident progression in a Pressurized Water Reactor (PWR) is developed by coupling of verified system thermal hydraulic code of SPACE (Safety and Performance Analysis CodE for nuclear power plants) and core damage progression code of COMPASS (Core Meltdown Progression Accident Simulation Software). SPACE is responsible for the description of fluid state in nuclear system nodes, while COMPASS is responsible for the prediction of thermal and mechanical responses of core fuels and reactor vessel heat structures. New heat transfer models to each phase of the fluid, flow blockage, corium behavior in the lower head are added to COMPASS. Then, an interface module for the data transfer between two codes was developed to enable coupling. An implicit coupling scheme of wall heat transfer was applied to prevent fluid temperature oscillation. To validate the performance of newly developed code CSPACE, we analyzed typical severe accident scenarios for OPR1000 (Optimized Power Reactor 1000), which were initiated from large break loss of coolant accident, small break loss of coolant accident, and station black out accident. The results including thermal hydraulic behavior of RCS, core damage progression, hydrogen generation, corium behavior in the lower head, reactor vessel failure were reasonable and consistent. We demonstrate that CSPACE provides a good platform for the prediction of severe accident progression by detailed review of analysis results and a qualitative comparison with the results of previous MELCOR analysis.
It's important to measure quantitative properties about thermal-nano behavior of polymer for producing high quality components using Nanoimprint lithography process. Nanoscale indents can be used to make the cells for molecular electronics and drug delivery, slots for integration into nanodevices, and defects for tailoring the structure and properties. In this study, formability of polymethylmetacrylate(PMMA) and polycarbonate(PC) were characterized Polymer has extreme variation in thermo mechanical variation during forming high temperature. Because of heating the polymer, it becomes softer than at room temperature. In this case it is particularly important to study high temperature-induced mechanical properties of polymer. Nanoindenter XP(MTS) was used to measure thermo mechanical properties of PMMA and PC. Polymer was heated by using the heating stage on NanoXP. At CSM(Continuous Stiffness Method) mode test, heating temperature was $110^{\circ}C,120^{\circ}C,130^{\circ}C,140^{\circ}C$ and $150^{\circ}C$ for PMMA, $140^{\circ}C,150^{\circ}C,160^{\circ}C,170^{\circ}C$ and $180^{\circ}C$ for PC, respectively. Maximum indentation depth was 2000nm. At basic mode test, heating temperature was $90^{\circ}C$ and $110^{\circ}C$ for PMMA, $140^{\circ}C,160^{\circ}C$ for PC. Maximum load was 10mN, 20mN and 40mN. Also indented pattern was observed by using SEM and AFM. Mechanical properties of PMMA and PC decreased when temperature increased. Decrease of mechanical properties from PMMA went down rapidly than that of PC.
The influence of hygrothermal effects on the vibration frequency and buckling load of a shear deformable composite plate with arbitrary initial stresses was investigated. The governing equations of the effects of humid, thermal and initial stresses are established using the variational method. The material properties of the composite plate are affected by both temperature and moisture. The initial stress is taken to be a combination of uniaxial load and pure bending in a hygrothermal environment. The influence of various parameters, such as the fiber volume fraction, temperature, moisture concentration, length/thickness ratios, initial stresses and bending stress ratio on the vibration and stability of the response of a laminated plate are studied in detail. The behavior of vibration and stability are sensitive to temperature, moisture concentration, fiber volume fraction and initial stresses.
The term 'thermal insulating materials' describes a class of materials which can improve the thermal efficiency by reducing the thermal conduction, convention and radiation between the inside and outside of the system. As a thermal insulating material, numerous industrial applications are possible including the automobile, aerospace, aviation, and petrochemical. Especially, the silica aerogel, with their superior thermal insulating behavior, has been widely used as thermal insulating materials. Because the mechanical properties of the silica aerogel cannot meet the industrial demand, use of the silica aerogel is limited. This article aims to review the thermal insulating materials and silica aerogel, and to introduce the silica aerogel/polymer composites.
In this work, the effect of carbon nanofiber (CNF) on thermal properties, and friction and wear behavior of CNF/PMMA composites were examined. While thermal properties of the composites were investigated with differential scanning calorimetry, thermograyimetric analyzer, and dynamic mechanical analyzer friction and wear behaviors were examined using a friction and wear tester. The glass transition temperature (Tg), integral procedural decomposition temperature (IPDT), storage modulus (E'), and tan ${\delta}$ appeared at higher temperatures with increasing CNF content, which were probably attributed to the presence of strong interactions between the carbonaceous fillers and the PMMA resins matrix. The wear loss in the composites decreased at 0.1 wt% CNF and then increased with 5-10 wt% CNF content. This was due to the existence of large aspect ratio CNF in PMMA which led to an alignment of PMMA chains and an increase of mechanical interlocking, resulting in the formation of crosslinked structures between CNF and PMMA in the composite.
The FUel Rod Analysis(FURA) code is developed using two-dimensional finite element methods for axisymmetric and plane stress analysis of fuel rod. It predicts the thermal and mechanical behavior of fuel rod during normal and load follow operations. To evaluate the exact temperature distribution and the inner gas pressure, the radial deformation of pellet and clad, the fission gas release are considered over the full-length of fuel rod. The thermal element equation is derived using Galerkin's techniques. The displacement element equation is derived using the principle of virtual works. The mechanical analysis can accommodate various components of strain: elastic, plastic, creep and thermal strain as well as strain due to swelling, relocation and densification. The 4-node quadratic isoparametric elements are adopted, and the geometric model is confined to a half-pellet-height region with the assumption that pellet-pellet interaction is symmetrical. The pellet cracking and crack healing, pellet-cladding interaction are modelled. The Newton-Raphson iteration with an implicit algorithm is applied to perform the analysis of non-linear material behavior accurately and stably. The pellet and cladding model has been compared with both analytical solutions and experimental results. The observed and predicted results are in good agreement. The general behavior of fuel rod is calculated by axisymmetric system and the cladding behavior against radial crack is used by plane stress system. The sensitivity of strain aging of PWR fuel cladding tube due to load following is evaluated in terms of linear power, load cycle frequency and amplitude.
The microstructural features and mechanical behavior of directionally solidified $(Y_2O_3)ZrO_2/Al_2O_3$ eutectic fibers after extended beat treatment in oxidizing environment were investigated. The fiber was grown continuously by an Edge-defined Film-fed Growth (EFG) technique. The microstructure was characterized using X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy(SEM). The microstructure of the fiber in the as-fabricated state consists of highly oriented colonv and fine lamellar microstructure along the fiber axis. Tensile strength of the $(Y_2O_3)ZrO_2/Al_2O_3$ eutectic fiber remained unchanged with heat treatment at temperatures between $1200^{\circ}C$ and $1500^{\circ}C$ up to 300h. The weibulls modulus remained fairly constant after extended thermal exposure. The fracture toughness and crack propagation behavior were investigated. The fracture toughness ($K_{1C}$) of the $(Y_2O_3)ZrO_2/Al_2O_3$ eutectic fiber in the as-fabricated state were measured to be 3.6 ${\pm}$ 0.5 MPa${\cdot}m^{1/2}$ by an indentation technique and 2.2 ${\pm}$ 0.2 MPa${\cdot}m^{1/2}$ by assuming elliptical flaw of a semi-infinite solid, respectively. The $(Y_2O_3)ZrO_2/Al_2O_3$ eutectic fiber showed a radial (Palmqvist) crack type and exhibited an orthotropic crack growth behavior under 100 g load.
Uniaxial tensile tests were conducted to accurately evaluate the in-plane mechanical properties of fiber metal laminates (FMLs). The FMLs in the current study are comprised of a layer of self-reinforced polypropylene (SRPP) sandwiched between two layers of aluminum alloy 5052-H34. The nonlinear tensile behavior of the FMLs under in-plane loading conditions was investigated using both numerical simulations and a theoretical analysis. The numerical simulation was based on finite element modeling using the ABAQUS/Explicit code and the theoretical constitutive model was based on the volume fraction approach using the rule of mixture and a modification of the classical lamination theory, which incorporates the elastic-plastic behavior of the aluminum alloy and the SRPP. The simulations and the model are used to predict the inplane mechanical properties such as stress-strain response and deformation behavior of the FMLs. In addition, a post-stretching process is used to reduce the thermal residual stresses before uniaxial tensile testing of the FMLs. Through comparison of both the numerical simulations and the theoretical analysis with the experimental results, it is concluded that the numerical simulation model and the theoretical approach can describe with sufficient accuracy the actual tensile stress-strain behavior of the FMLs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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