The effects of changes in microstructure of Si phase on the thermal expansion coefficients(CTEs) and tensile properties of the hypereutectic Al-Si foundry alloy(A390) were investigated experimentally. Specimens were prepared by various fabrication processes, such as a permanent mold casting, a squeeze casting and a spray casting process, and subsequently hot-extruded. CTEs of the spray-cast specimen were found to be about 10% lower than those of the permanent mold-cast specimen, and the CTEs of the hypereutectic Al-Si alloy(A390) were changed proportionally with the size of Si phase. Ultimate tensile strength of the spray-cast and hot-extruded specimen was dramatically improved about 100% with improved elongation, compared to that of permanent mold-cast specimen. These improvements are mainly attributed to the reduction in size and aspect ratio of the brittle Si phase, and the elimination of the microvoids/porosities formed during casting.
This paper presents an in-depth analysis of the nonlinear vibration of microbeams, with a particular emphasis on their application in sports monitoring systems. The research utilizes classical beam theory, modified couple stress theory, and von-Kármán nonlinear parameters to explore the behavior of microbeams. These microbeams are characterized by a non-uniform geometry, with materials that continuously change along the beam radius and a thickness that varies along the beam length. The main contribution lies in its exploration of the stability of smart sensors in sports structures, particularly those with non-uniform geometries. The research findings indicate that these non-uniform microbeams, when used in smart systems made of functionally graded temperature-dependent materials, can operate effectively in thermal environments. The smart system developed in this study demonstrates significant potential for use in sports applications, particularly in monitoring and gathering information. The insights gained from this research contribute to the understanding of the performance and optimization of microbeams in sports applications, particularly in the context of non-uniform geometries. This research, therefore, provides a foundation for the development of advanced, reliable, and efficient monitoring systems in sports applications.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.40
no.5
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pp.389-396
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2016
The theory of Fourier heat conduction predicts accurately the temperature profiles of a system in a non-equilibrium steady state. However, in the case of transient states at the nanoscale, its applicability is significantly limited. The limitation of the classical Fourier's theory was overcome by C. Cattaneo and P. Vernotte who developed the theory of non-Fourier heat conduction in 1958. Although this new theory has been used in various thermal science areas, it requires considerable mathematical skills for calculating analytical solutions. The aim of this study was the identification of a newer and a simpler type of solution for the hyperbolic partial differential equations of the non-Fourier heat conduction. This constitutes the first trial in a series of planned studies. By inspecting each term included in the proposed solution, the theoretical feasibility of the solution was achieved. The new analytical solution for the non-Fourier heat conduction is a simple exponential function that is compared to the existing data for justification. Although the proposed solution partially satisfies the Cattaneo-Vernotte equation, it cannot simulate a thermal wave behavior. However, the results of this study indicate that it is possible to obtain the theoretical solution of the Cattaneo-Vernotte equation by improving the form of the proposed solution.
The goal of this work is to establish the reliability of FCA welded joints for high strength EH36-TMCP ultra thick plate. For this, heat conduction and thermo elasto-plastic analyses have been conducted on a multi-pass, X-groove, butt-joint model to clarify the thermal and mechanical behavior (residual stresses, magnitude of the stresses, and their production and distribution mechanisms) of the weld joint. In addition, the results of the welding residual stress obtained from thermo elasto-plastic analysis was verified and compared with results obtained by XRD analysis.
The optimum thickness of Pd-Ni plated layers used as an electrical contact film was investigated by evaluating mechanical, thermal and environmental characteristics. The variations of morphologies and chemical compositions were studied by using SEM, EDS and ESCA. As a result of wear test, the wear resistance behavior of the gold plated layers was not changed with the sliding velocity changes. The palladium-nickel plated layer showed better wear resistance than the gold plated layer at low sliding velocity, but it showed poor wear resistance at high sliding velocity. Under the thermal condition of $400^{\circ}C$ in air, the gold thickness of $2\mu\textrm{m}$ without underplate on phosphorous bronze formed copper oxide on the surface layer by rapid diffusion of copper whereas the gold thickness of $0.8\mu\textrm{m}$ deposited on nickel and palladium-nickel underplate was stable at $400^{\circ}C$. Under the sulfur dioxide environments, the gold thickness of $0.3\mu\textrm{m}$ deposited on the nickel thickness of$ 3\mu\textrm{m}$ and the palladium-nickel thickness of $2\mu\textrm{m}$ underplate was more corrosion-resistant than the gold thickness of $2\mu\textrm{m}$ without underplate on phosphorous bronze. Under the nitric acid vapor environment, corrosion resistance of the gold film was superior to an equivalent thickness of the palladium-nickel film.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.7
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pp.4093-4099
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2014
In this study, the thermal-structural behavior of the combustor assembly of 200 kW micro gas turbine system was performed. The typical combustor assembly consists of a Liner, Inner & Outer Case, Burner and Nozzle ring, etc. There are some gaps and friction elements between the components to compensate for the different thermal expansions of various components. Therefore, the developed finite element model includes nonlinear elements. The boundary support conditions of the combustor assembly significantly affect the stress distribution due to the high temperature gradient. This paper deals with parametric studies to quantitatively determine the effects of the variation of the support conditions on the stress distribution and deformation of various components of combustor assembly. These results may be useful for the design of the combustor assembly.
Three dimensional thermal cycle analysis of the plunger is carried out in repeated forming process of the TV glass, which is continued work of two dimensional analysis where an efficient method has been proposed. The plunger undergoes temperature fluctuation during a cycle due to the repeated contact and separation from the glass, which attains a cyclic steady state having same temperature history at every cycle. Straightforward analysis of this problem brings about more than 90 cycles to get reasonable solution. An exponential function fitting method is proposed, which finds exponential function to best approximate temperature values of 3 consecutive cycles, and new cycle is restarted with the fitted value at infinite time. Number of cases are analyzed using the proposed method and compared to the result of straightforward repetition, from which one finds that the method always reaches nearly convergent solution within $9{\sim}12$ cycles, but turns around afterwards without further convergence. Two step use is found most efficient, in which the exponential fitting is carried out fer the first 12 cycles, followed by simple repetition, which shows fast convergence expending only 6 additional cycles to get the accuracy within 2 error. This reduces the computation cycle remarkably from 90 to 18, which is 80% reduction. From the parametric studies, one reveals that the overall thermal behavior of the plunger in terms of cooling parameters and time is similar to that of 2 dimensional analysis.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.20
no.5
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pp.381-389
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2000
Metal matrix composite(MMCs) have been rapidly becoming one of the strongest candidates for structural materials for high temperature application. It is well recognized that MMCs always experience at least one large cool-down from processing temperature before my significant applied service loading. Due to the large difference in thermal expansion coefficient between the fiber and matrix, large thermal residual stresses generally develop in composites. It was reported from many previous studies that the effects of thermal residual stress on mechanical properties and fracture behavior were much more complex and dramatic than conventional engineering materials. Therefore it is crucial to evaluate the effect of heat treatment which changes the characteristic of distribution of thermal residual stress in MMCs. Single fiber composite(SFC) test based on the balance in a micromechanical model is a quite convenient method to evaluate interfacial shear strength(IFSS) and the failure mode of composite. In this study the effect of heat treatment on IFSS and the microscopic failure mechanism of MMC is investigated by combining acoustic emission(AE) technique with SFC test. The characteristic of AE signal, IFSS and microscopic failure mechanism due to heat treatment condition is discussed.
W-Cu alloy is attractive to thermal managing materials in microelectronic devices because of its good thermal properties. The metal injection molding (MIM) of W-Cu systems can satisfy the need for mass production of the complex shaped W-Cu parts in semiconductor devices. In this study, the application of MIM process of the mechanically alloyed (MA) W-Cu composite powders, which had higher sinterability were investigated. The MA W-Cu powders and reduction treated (RT) powders were injected by using of the multicomponent binder system. The multi-stage debinding cycles were adopted in $N_2$ and $H_2$ atmosphere. The isostatic repressing treatment was carried out in order to improve the relative density of brown parts. The brown part of RT W-Cu composite powder sintered at 110$0^{\circ}C$ had shown the higher sinterability compared to that of MA powder. The relative sintered density of all specimens increased to 96% by sintering at 120$0^{\circ}C$ for 1 hour. The relationship between green density and the sintering behavior of MA W-Cu composite powder was analyzed and discussed on the basis of the nanostructured characteristics of the MA W-Cu composite powder.
The low cycle fatigue (LCF) and creep-fatigue (hold time tension fatigue, HTTF) tests were performed on the modified 25Cr-13Ni cast stainless steel, which was selected as a candidate material for exhaust manifold in automotive engine. The exhaust manifold is subjected to an environment in which heating and cooling cycle occur due to the running pattern of automotive engine. Several types of fatigue behaviour such as thermal fatigue, thermal mechanical fatigue and creep-fatigue are belong to the main failure mechanisms. High temperature tensile test was firstly carried out to compare the sample with the traditional cast steel for the component. The low cycle fatigue and HTTF tests were carried out under the strain controlled condition with the total strain amplitude from ${\pm}0.6%$ to ${\pm}0.7%$ at $800^{\circ}C$. The hysteresis loops of HTTF tests showed significant stress relaxation during tension hold time. With the increase of tension hold time, the fatigue life was remarkably deceased which caused from the formation of intercrystalline crack by the creep failure mechanism.
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