Characteristics of nanocrystalline materials are known substantially dependent on the microstructure such as grain size, crystal orientation, and grain boundary. Thus it is desired to have systematic characterization methods on the various nanomaterials with complex geometries, especially in low dimensional nature. One of the interested nanomaterials would be a pure two-dimensional material, graphene, with superior mechanical, thermal, and electrical properties. In this study, mechanical properties of "polycrystalline" graphene were numerically investigated by molecular dynamics simulations. Subdomains with various sizes would be generated in the polycrystalline graphene during the fabrication such as chemical vapor deposition process. The atomic models of polycrystalline graphene were generated using Voronoi tessellation method. Stress strain curves for tensile deformation were obtained for various grain sizes (5~40 nm) and their mechanical properties were determined. It was found that, as the grain size increases, Young's modulus increases showing the reverse Hall-Petch effect. However, the fracture strain decreases in the same region, while the ultimate tensile strength (UTS) rather shows slight increasing behavior. We found that the polycrystalline graphene shows the reverse Hall-Petch effect over the simulated domain of grain size (< 40 nm).
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.2
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pp.102-108
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2010
Recently, carbon fiber reinforced plastic(CFRP) composite materials have been widely used in various fields of engineering because of its advanced properties. Also, CFRP composite materials offer new design flexibilities, corrosion and wear resistance, low thermal conductivity and increased fatigue life. However CFRP composite materials are susceptible to impact damage due to their lack of through-thickness reinforcement and it causes large drops in the load-carrying capacity of a structure. Therefore, the impact damage behavior and subsequently load-carrying capacity of impacted composite materials deserve careful investigation. In this study, the residual strength and impact characteristics of plain-woven CFRP composites with impact damage are investigated under axial tensile test. By using obtained residual strength and Tan-Cheng failure criterion, residual strength of CFRP laminate with arbitrary fiber angle were evaluated.
Shyam K. Chaudhary;Vishesh R. Kar;Karunesh K. Shukla
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.10
no.2
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pp.127-140
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2023
The present article focuses on the thermoelastic deformation behavior of inhomogeneous functionally graded metal/ceramic cylindrical shell structure with multiple perforations using 2D finite element approximation. Here, cylindrical shell structure is considered with single (1×1) and multiple (2×2, 3×3 and 4×4) perforations. The temperature-dependent elastic and thermal properties of functionally graded material are evaluated using Voigt's micromechanical material scheme via power-law function. The kinematics of the proposed model is based on the equivalent single-layer first-order shear deformation mid-plane theory with five degrees-of-freedom. Here, 2D isoparametric finite element solutions are obtained using eight-node quadrilateral elements. The mesh refinement of present finite element model is performed to confirm the appropriate number of elements and nodes for the analysis purpose. Subsequently, a comparison test is conducted to demonstrate the accuracy of present results. In later section, numerous numerical illustrations are demonstrated at different set of conditions by varying structural, material and loading parameters and that confirms the significance of various parameters such as power-law index, aspect ratio, thickness ratio, curvature ratio, number of perforations and temperature on the deformation characteristics of functionally graded cylindrical shell structure.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2006.05a
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pp.417-420
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2006
The composition and structure of dendrite phase within $Zr_{76.11}Ti_{4.20}Cu_{4.51}Ni_{3.16}Be_{1.49}Nb_{10.53}$ bulk metallic glass (BMG) were confirmed by using an EPMA, XRD and TEM, respectively. The chief elements of dendrite phase were Zr-Ti-Nb and had a BCC structure. The thermal properties of this BMG have been then subsequently investigated by using a differential scanning calorimeter (DSC). The glass transition and crystallization onset temperatures were determined as $339.7^{\circ}C$ and $375.8^{\circ}C$ for this alloy, respectively. Mechanical properties have also been examined by conducting a series of uniaxial compression tests at various temperatures within supercooled liquid region under the strain rates between $10^{-4}/s$ and $3{\times}10^{-2}/s$. The deformation behavior of BMG composite within supercooled liquid region is similar to one of Vit-1 exhibiting amorphous single phase alloy. The flow stresses of BMG composite, however, are entirely higher than those of Vit-1 because dendrite phases are interfere with moving of atoms.
Gyeong-Geun Lee;Suk-Min Hong;Ji-Su Kim;Dong-Hyun Ahn;Jong-Min Kim
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.20
no.1
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pp.56-65
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2024
Cast austenitic stainless steels (CASS) and austenitic stainless steel weldments with a ferrite-austenite duplex structure are widely used in nuclear power plants, incorporating ferrite phase to enhance strength, stress relief, and corrosion resistance. Thermal aging at 290-325℃ can induce embrittlement, primarily due to spinodal decomposition and G-phase precipitation in the ferrite phase. This study evaluates the effects of thermal aging by collecting and analyzing various mechanical properties, such as Charpy impact energy, ferrite microhardness, and tensile strength, from various literature sources. Different model expressions, including hyperbolic tangent and phase transformation equations, are applied to calculate activation energy (Q) of room-temperature impact energies, and the results are compared. Additionally, predictive models for Q based on material composition are evaluated, and the potential of machine learning techniques for improving prediction accuracy is explored. The study also examines the use of ferrite microhardness and tensile strength in calculating Q and assessing thermal embrittlement. The findings provide insights for developing advanced prediction models for the thermal embrittlement behavior of CASS and the weldments of austenitic steels, contributing to the safety and reliability of nuclear power plant components.
Strain-rate and temperature have significant effects on the one-dimensional (1D) compression behavior of soils. This paper focuses on the bonding degradation effect of soil structure on the time and temperature dependent behavior of soft structured clay. The strain-rate and temperature dependency of preconsolidation pressure are investigated in double logarithm plane and a thermal viscoplastic model considering the combined effect of strain-rate and temperature is developed to describe the mechanical behavior of unstructured clay. By incorporating the bonding degradation, the model is extended that can be suitable for structured clay. The extended model is used to simulate CRS (Constant Rate of Strain) tests conducted on structural Berthierville clay with different strain-rates and temperatures. The comparisons between predicted and experimental results show that the extended model can reasonably describe the effect of bonding degradation on the stain-rate and temperature dependent behavior of soft structural clay under 1D condition. Although the model is proposed for 1D analysis, it can be a good base for developing a more general 3D model.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.5
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pp.572-577
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2012
Recently porous polymer has widely been applied to packaging, heat isolation, and sound absorption in various fields from the electrics to the automobiles industry. A lot of micro porosities inside foamed polymer provide lower heat conduction and lighter weight than non-porous polymer, because they involve gas or air during foaming process. In this paper experimental approaches of the UV laser micro machining behavior for Expanded Polypropylene (EPP) foamed polymer materials, which have different expansion rates, were investigated. From these results, the ablation phenomena were finally observed that the ablation is depended upon stronger photo-chemical than photo-thermal effect. This study will also help us to understand interaction between UV laser beam and porous polymer.
The STELLA program was launched to support the PGSFR development in 2012 and for the 2nd stage, the STELLA-2 facility was designed to investigate the integral effect of safety systems including the comprehensive interaction among PHTS, IHTS and DHRS. In STELLA-2, the long-term transient behavior after accidents can be observed and the overall safety aspect can also be evaluated. In this paper, the basic design concept from engineering basis to specific design is described. The design was aimed to meet similarity criteria and requirements based on various non-dimensional numbers and the result satisfied the key features to explain the reasoning of safety evaluation. The result of this study was used to construct the facility and the experiment is on-going. In general, the final design meets the similarity criteria of the multidimensional physics inside the reactor pool. And also, for the conservation of natural circulation phenomena, the design meets the similarity requirements of geometry and thermo-dynamic behavior.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.6
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pp.982-990
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1987
In previous modeling of Helmholtz-type pulse combustion water heater, muffler and the motion of the flapper valve were omitted. In present work, these have been included in modeling for providing more accurate information regarding the thermal and dynamic behavior of the water heater. In addition, a computer simulation based on the modeling was developed. The comparison of computer predictions with available experimental data shows that the simulation is satisfactory in predicting the nature of operating behavior, amplitudes of the pressure oscillations, and the magnitude of the frequency. But the predicted time-averaged axial temperature of the flue gas along the flue tube length is somewhat below the previous experimental results. The temperature pulsation of the combustion chamber and the velocity pulsation of the flue gas were predicted which have never been measured in previous studies. In particular, the latter is of importance for a valid determination of the heat transfer enhancement due to the gas flow pulsation. Heat transfer results in flue tube were presented and discussed. Also the effects on the installation of the muffler were investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.1
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pp.133-142
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2001
Investigation on ignition and flame propagation of pyrolyzing fuel in a cylindrical enclosure is accomplished. The pyrolyzing fuel of cylindrical shape is located in an outer cylinder sustained at high-temperature. Due to gravity, the buoyancy motion is inevitably incurred in the enclosure and this affects the flame initiation and propagation behavior. The radiative heat transfer plays an important role since a high temperature difference is involved in the problem. Therefore in all cases presented here, the intrinsic radiation effects are considered. Numerical studies have been performed over various governing parameters, such as Grashof number, overheat ratio, and vertical fuel eccentricity. Depending on the Grashof number, the flame behavior is found to be totally different: a separated visible flame appears as the Grashof number reaches 10(sup)7. The location of flame onset is also affected by the vertical eccentricity of inner pyrolyzing fuel as well as thermal conditions applied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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