Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.6
s.177
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pp.1616-1623
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2000
A diaphragm spring is an important component of a clutch assembly, characteristics of which depends largely on that of a diaphragm spring. A diaphragm spring is subject to high stress concentration in driving condition, which frequently causes cracks and fracture around finger area. In this paper, behavior of a diaphragm spring is analysed by finite element method to calculate sensitivity of design parameters, which is used to perform optimal design of diaphragm spring shape. As an object function, hoop stresses are taken and minimized to improve durability. Characteristics of the diaphragm is used as equality constraint to maintain the original design purpose and sequential linear programming(SLP) is utilized as an optimization tool. With optimized design, it is verified that concentrated stress is decreased maintaining release load characteristic.
Steel plate or FRP materials have been typically used for the seismic retrofit of civil infrastructures. In order to overcome the limitation of each retrofitting material, a composite material, which takes advantages from both metal and fiber polymer materials, has been developed. In the study herein, the composite retrofitting material consists of metal part(steel or aluminum) and FRP sheet part(glass or carbon fiber). The metal part can enhance the ductility and the FRP part the ultimate strength. As a preliminary study to investigate the fundamental mechanical characteristics of the metal-FRP laminated composite material this study performed the flexural fracture test with various experimental variables including the number, the angle and the combination of FRP laminates. From the aluminum-FRP composite tests no great increase in flexural strength and flexural toughness were observed. However, flexural toughness of steel-FRP laminate composite was increased so that its behavior can be considered in the retrofit design. In addition, the angle and the kind of fibers should be carefully considered in conjunction with the expected loading conditions.
In micromechanical system (MEMS) such as microactuators. thin film has been widely used as structural material. MEMS materials have difference with bulk in terms of mechanical properties. So, we design the advanced test structure for micromechanical properties of MEMS. The designed structure includes the newly developed pre-crack and it is driven by electrostatic force. To measure the fracture toughness, the pre-crack formation in the test structure is developed with conventional etching process. The advanced test structure is fabricated by application of semiconductor technology. After this, we propose analytical methodology to evaluate the fracture toughness and fatigue properties through a prediction of crack behavior from the variations of stiffness and frequency. Additionally, life time of a mirror plane used in DVD(Digital Video Disk) is measured as a function of capacitance and applied voltage under the accelerated conditions. Ultimately, we propose the method to evaluate the micromechanical reliabilities of the MEMS materials using the advanced test structure.
In this study, we describe the conventional hot pressing (CHP) of layered $Al-B_4C$ composites and their characterization. The matrix alloy Al-5 wt.%Cu was prepared from elemental powder mixtures. The metal and B4C powders were mixed to produce either $Al-Cu-10vol.%B_4C$ or $Al-Cu-30vol.%B_4C$ combinations. Then, these powder mixtures were stacked as layers in the hot pressing die to form a two-layered composite. Hot pressing was carried out under nitrogen atmosphere to produce $30\times40\times5mm$ specimens. Microstructural features and age hardening characteristics of composites were determined by specimens cut longitudinally. The flexural strength of both layered composites and their monolithic counterparts were investigated via three point bending tests. In the case of layered specimens of both $10vol.%B_4C$ and $30vol.%B_4C$ containing layers were loaded for three-point test. The results show that a homogeneous distribution of $B_4C$ particles in the matrix alloy which is free of pores, can be obtained by CHP method. The ageing behavior of the composites was found to be influenced by the reinforced materials, i.e. higher hardness values were reached in 8 hrs for the composites than that for the matrix alloy. Flexural strength test showed that two-layered composites exhibited improved damage tolerance depending on layer arrangement. Microstructural investigation of the fracture surfaces of the bending specimens was performed by means of scanning electron microscope (SEM). While layer with lower reinforcement content exhibited large plastic deformation under loading, the other with higher reinforcement content exhibited less plastic deformation.
The purpose of this study is to investigate the effect of shot peening on the fatigue strength and fatigue life of two kinds of aluminum alloys. The fatigue strength behavior of aluminum alloys were estimated by the stress ratio and shot velocities. The fatigue life and strength increased with increasing the test shot velocity. However, at the shot velocity range between 50m/s and 70m/s, the compressive residual stress phenomena were observed in test conditions of different shot velocity. The optimal shot velocity is acquired by considering the peak values of the compressive residual stress, dislocations, brittle striation, slip, and fisheye on the fracture surface of test specimen. It was observed from the SEM observation on the deformed specimen that the brittle striation, fisheye were showed in the intergranular fracture structure boundaries at the this velocities. Therefore, fatigue strength and fatigue life would be considered that shot velocity has close relationship with the compressive residual stress.
U, Su-Chang;Kim, Mun-Saeng;Sin, Hyeong-Seop;Lee, Hyeon-Cheol
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.11
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pp.93-100
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2001
Brittle materials are very weak for impact because of typical characteristics which happen to be easily fractured with low fracture toughness and crack sensitivity. When brittle materials are subjected to impact due to small spheres, high contact pressure is occurred to impact surface and then local damage on specimen is developed, since there are little plastic deformations due to contact pressure compared to metals. This local damage is a dangerous factor which gives rise to final fracture of structures. In this research, the crack propagation process of soda lime glass by impact of small sphere is explained and the effects of the constraint conditions of impact spheres and materials for the material damage were studied by using soda-lime glass. that is the effects for the materials and sizes of impact ball, thickness of specimen and residual strength. Especially, this research has focused on the damage behavior of ring crack, cone crack and several kinds of cracks.
Kim, Hae-Suk;Kim, Mi-Gyeong;Kim, Jin-Uk;An, Seok-Hwan;Nam, Gi-U
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.4
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pp.425-431
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2007
[ $Al_2O_3/SiC$ ]composite ceramics were sintered to evaluate the bending strength and elastic wave characteristics. The three-point bending test was carried out under room temperature. The elastic wave was detected by fracture wave detector. The crack healing behavior was investigated from 1373 K to 1723 K. The bending strength of $Al_2O_3/SiC$ composite by nanocomposite is higher than that of $Al_2O_3$ monolithic. Crack-healing behavior depended on an amount of additive powder $Y_2O_3$. In $Al_2O_3/SiC$ composite ceramics with 3 wt. % $Y_2O_3$ for additive powder, the bending strength at 1573 K is about 100% increase than that of the smooth specimens. From the result of wavelet analysis of elastic wave signal, the smooth specimen and heat treated specimen of $Al_2O_3$ monolithic and $Al_2O_3/SiC$ composite ceramics showed characteristics of frequency about 58 kHz. The strength of $Al_2O_3/SiC$ composite ceramics was a little higher than those of $Al_2O_3$ monolithic. The dominant frequencies were high with increasing of $Y_2O_3$ for additive powder. The dominant frequencies had direct connection with the bending strength.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.4
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pp.174-181
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2005
In order to investigate the behavior of fatigue crack growth of SiC-particulate- reinforced Al-Si alloy composites, fatigue tests using single edge notched tension(SENT) specimens were performed. Composite materials were manufactured by using both permanent die casting and extrusion processes with different volume fractions of $10\%\;and\;20\%$. $SiC_p-reinfurced$ Al-Si composites showed the increased levels of threshold stress intensity factor range, ${\Delta}K_{th}$, for the increased volume fractions of SiC particles, which implies the increased fatigue crack growth resistance at the threshold or low ${\Delta}K$ levels, compared to the unreinforced Al-Si alloy. In the Paris region, however, the composites showed the increased rate of crack growth resulting in the unfavorable effects on the fatigue crack growth resistance. Critical stress intensity factor range at unstable crack growth leading to final fracture decreased as the volume fraction of SiC particle increased, because of the reduced fracture toughness of the composites. Extruded materials showed higher threshold and critical values than the cast materials.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.1
s.232
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pp.156-162
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2005
Stouts are frequently used throughout the human body, but the most critical areas are in coronary arteries. They open pathways in vessels and supply blood directly to the heart muscle. To simulate behavior of expansion for the coronary stent by balloon, the commercial finite element code LS-DYNA and ANSYS were used in the analysis. The explicit method is used to analyze the expansion of the stent and the implicit method is performed to simulate the springback that developed in a stent after the balloon pressure has been removed. Finally the experimental results for the expansion of the PS153 stents were compared with the FEM results. The springback was measured with the stents subjected to no external pressure to which stents are subjected in vivo. The simulated results were in good agreement with experimental results. Standard mechanical characteristics such as stress, plastic strains, and springback can be derived from the numerical results. These data can be used to determine maximum expansion diameter without fracture and expansion pressure considering elastic recoil.
Sung-Youl Bae;Kyo-Moon Lee;Sanjay Kumar;Ji-Hun Seok;Jae-Wan Choi;Woo-Hyuk Son;Yun-Hae Kim
Composites Research
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v.36
no.5
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pp.355-360
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2023
Epoxy-based carbon fibers reinforced plastic (CFRP) exhibit limitations in their suitability for industrial applications due to high brittleness characteristics. To address this challenge, extensive investigations are underway to enhance their toughness properties. This research focuses on evaluating the toughening mechanisms achieved by Polyamide 6 particles(p-PA6) and Carboxyl-Terminated Butadiene-Acrylonitrile (CTBN) elastomer, with a specific emphasis on utilizing minimal additive quantities. The study explores the impact of varying concentrations of p-PA6 and CTBN additives, namely 0.5, 1, 2.5, and 5 phr, through comprehensive Mode I fracture toughness and tensile strength analyses. The inclusion of p-PA6 demonstrated improvements in toughness when introduced at a relatively low content of 1phr. This improvement manifested as a sustained fracture behavior, contributing to enhanced toughness, while simultaneously maintaining the material's tensile strength. Furthermore, the investigation revealed that the incorporation of p-PA6 affected in particle aggregation, thus influencing the overall toughening mechanism. Incorporation of CTBN, an elastomeric modifier, exhibited a pronounced increase in fracture toughness at higher concentrations of 2.5 phr and beyond. However, this increase in toughness was accompanied by a reduction in tensile strength, resulting in fracture behavior similar to conventional CFRP exhibiting brittleness. The synergy between pPA6, CTBN and CFRP appeared to marginally enhance tensile strength under specific content conditions. As a result of this study, optimized conditions for the application of the p-PA6, CTBN toughening technology have been identified and established.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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