Jo, Jong Hyun;Lee, Young Shin;Kim, Jae Hoon;Bae, Yong Woon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.6
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pp.761-768
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2013
New warheads are designed and developed to be highly lethal when used as part of ballistic missile payloads. There are many trades associated with the design of a central warhead core, mainly dealing with the projectiles or penetrators. Obviously, a payload-type configuration is very susceptible to kills from one projectile because of the high impacts required for bomblet or submunition payloads. Based on these requirements, the optimum kill vehicle configuration will have the smallest mass and relative velocity that will kill all the submunitions. The designs of the penetrator shape and size are directly related to the space and weight of the warhead. The shape, size, L/D, penetrator material, and manner in which they are inserted inside the surrounding explosive segments are critical in achieving successful penetrator design. The AUTODYN-3D code was used to study the effect of penetrator penetration. The objective of numerical analysis was to determine the penetration characteristics of the penetrator produced by hypervelocity impacts under different initial conditions such as initial velocity, shape, and L/D of the penetrator.
The mechanical behavior of the brittle material samples containing the internal and edge cracks are studied under direct shear tests. It is tried to investigate the effects of stress interactions and stress intensity factors at the tips of the pre-existing cracks on the failure mechanism of the bridge areas within these cracks. The direct shear tests are carried out on more than 30 various modeled samples each containing the internal cracks (S models) and edge cracks (E models). The visual inspection and a low power microscope are used to monitor the failure mechanisms of the tested samples. The cracks initiation, propagation and coalescences are being visualized in each test and the detected failure surfaces are used to study and measure the characteristics of each surface. These investigations show that as the ratio of the crack area to the total shear surface increases the shear failure mode changes to that of the tensile. When the bridge areas are fixed, the bridge areas in between the edge cracks have less strength than those of internal cracks. However, the results of this study show that for the case of internal cracks as the bridge area is increased, the strength of the material within the bridge area is decreased. It has been shown that the failure mechanism and fracture pattern of the samples depend on the bridge areas because as the bridge area decreases the interactions between the crack tip stress fields increases.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.19
no.4
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pp.277-287
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1999
Quasi-static tests such as monotonic tension and loading/unloading tension were performed to investigate the bond characteristics and the failure processes for the T-joint specimens made from fiber/epoxy composite material. Two types of specimens, each consists of two components, e. g. skin and frame. were manufactured by co-curing and secondary bonding. During the monotonic tension test, AE instrument was used to predict AE signal at the initial and middle stage of the damage propagation. The damage initiation and progression were monitored optically using m (Charge Coupled Device) camera. And the internal crack front profile was examined using ultrasonic C-scan. The results indicate that the loads representing the abrupt increase of the AE signal are within the error range of 5 percent comparing to the loads shown in the load-time curve. Also it is shown that the initiation of crack occurred in the noodle region for both co-cured and secondarily bonded specimen. The final failure occurred in the noodle region for the co-cured specimen. but at the skin/frame termination point for the secondarily bonded specimen. Based on the results, it was found that two kinds of specimen show different failure modes depending on the manufacturing methods.
The purpose of this study is to develop fiber reinforced cement matrix composite (ECC) produced with limestone powder in order to achieve high ductility of the composite, and to evaluate flexural performance of structural members made with ECC. Four kinds of mixture proportions were determined on the basis of the micromechanics and a steady state cracking theory considering the matrix fracture toughness and fiber-matrix interfacial characteristics. The mechanical properties of ECC, represented by strain-hardening behavior in uniaxial tension, were investigated. Also, strength property of the composite was experimentally evaluated. Two structural members made with ECC were produced and tested. Test results were compared with those of conventional concrete structural members. Increased limestone powder contents of ECC provides higher ductility of the composites while generally resulting in a lower strength property. ECC structural members exhibited higher flexural ductility, higher flexural load-carrying capacity and tighter crack width compared to conventional structural members.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TE
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v.39
no.4
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pp.341-349
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2002
Electrical, mechanical and sinterability properties of yttria-stabilized zirconia doped with 5.35wt% $Y_2$O$_3$(Y$_2$O$_3$- containing stabilized zirconia : YSZ) were studied as a function of $Al_2$O$_3$, CoO, Fe$_2$O$_3$ and MnO$_2$ addition. The ratio of monoclinic phase to tetragonal phase was changed by the addition of $Al_2$O$_3$, CoO, Fe$_2$O$_3$ and MnO$_2$ to 8.00 wt% and sintered density decreased with increasing $Al_2$O$_3$, CoO, Fe$_2$O$_3$ and MnO$_2$ addition. Fracture toughness increased with the increase of monoclinic to tetragonal phase ratio and was maximum at about 18%. When transition metals such as CoO, Fe$_2$O$_3$ or MnO$_2$ was added more than 1.5 wt%, the electrical conductivity of YSZ increased. But $Al_2$O$_3$ hardly affected the electrical conductivity of YSZ. The addition of $Al_2$O$_3$, CoO, Fe$_2$O$_3$ and MnO$_2$ into YSZ resulted in the more complex behavior of fracture toughness and hardness variation and the specimen with 1.5wt%-Fe$_2$O$_3$, 3.0wt%-Al$_2$O$_3$ and 1.5wt%-CoO showed the monoclinic to tetragonal phase ratio of 18% and the highest toughness of 10.8 MPa.m$^{1}$2/ and Vickers hardness of 1201 kgf/mm$^2$.
The stacking configuration of fiber-reinforced polymer (FRP) composites, achieved via the filament winding process, exhibits distinct variations compared to conventional FRP composite stacking arrangements. Consequently, it becomes challenging to ascertain the influence of mechanical properties based on the typical stacking structures. Thus, it becomes imperative to enhance the mechanical behavior and optimize the interleaved structures to improve overall performance. Therefore, this study aims to investigate the impact of incorporating amorphous halloysite nanotubes (A-HNTs) within different layers of five unique layer arrangements on the low-velocity impact properties of interleaved carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) structures. The low-velocity impact characteristics of the laminate were validated using a drop weight impact test, wherein the resulting impact damage modes and extent of damage were compared and evaluated under microscopic analysis. Each interleaved structure laminate according to whether nanoparticles are added was compared at impact energies of 10 J and 15 J. In the case of 10 J, the absorption energy showed a similar tendency in each structure. However, at 15 J, the absorption energy varies from structure to structure. Among them, a structure in which nanoparticles are not added exhibits the highest absorption energy. Additionally, various impact fracture modes were observed in each structure through optical microscopy.
Rock bridge in rock masses can be considered as one of several types of opening-mode fractures, and also it has been known to have a great influence on the stability of structures in rock mass. In the beginning of researching a rock bridge it used to be studied only in characteristics of its behavior, as considering resistance of material itself. However the distribution pattern of rock bridges, which can affect the stability of rock structures, is currently researched with a fracture mechanical approach in numerical studies. For investigating the effect of rock bridges on the development pattern of hydraulic fractures, the author analyzed numerically the stress state transition in rock bridges and their phenomena with a different pattern of the rock bridge distributions. From the numerical studies, a two-crack configuration could be defined to be representative of the most critical conditions for rock bridges, only when cracks are systematic and same in their length and angle. Moreover, coalescence stresses and onset of propagation stresses could be known to increase with decreasing s/L ratio or increasing d/L ratio. The effect of pre-existing crack on hydraulic fracturing was studied also in numerical models. Different to the simple hydraulic fracturing modeling in which the fractures propagated exactly parallel to the maximum remote stress, the hydraulic fractures with pre-existing cracks did not propagate parallel to the maximum remote stress direction. These are representative of the tendency to change the hydraulic fractures direction because of the existence of pre-existing crack. Therefore s/L, d/L ratios will be identical as a function effective on hydraulic fractures propagation, that is, the K$_1$ value increase with decreasing s/L ratio or increasing d/L ratio and its magnification from onset to propagation increases with decreasing s/L ratio. The scanline is a commonly used method to estimate the fracture distribution on outcrops. The data obtained from the scanline method can be applied to the evaluation of stress field in rock mass.
Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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2000.09a
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pp.201-210
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2000
Rock bridge in rock masses can be considered as one of several types of opening-mode fractures, and also it has been known to have a great influence on the stability of structures in rock mats. In the beginning of researching a rock bridge it used to be studied only in characteristics of its behavior, as considering resistance of material itself. However the distribution pattern of rock bridges, which can affect the stability of rock structures, is currently researched with a fracture mechanical approach in numerical studies. For investigating the effect of rock bridges on the development pattern of hydraulic fractures, the author analyzed numerically the stress state transition in rock bridges and their phenomena with a different pattern of the rock bridge distributons. From the numerical studies, a two-crack configuration could be defined to be representative of the most critical conditions for rock bridges, only when cracks are systematic and same in their length and angle. Moreover, coalescence stresses and onset of propagation stresses could be known to increase with decreasing s/L ratio or increasing d/L ratio. The effect of pre-existing crack on hydraulic fracturing was studied also in numerical models. Different to the simple hydraulic fracturing modeling in which the fractures propagated exactly parallel to the maximum remote stress, the hydraulic fractures with pre-existing cracks dial not propagate parallel to the maximum remote stress direction. These are representative of the tendency to change the hydraulic fractures direction because of the existence of pre-existing crack. Therefore s/L, d/L ratios will be identical as a function effective on hydraulic fractures propagation, that is, the $K_{I}$ vague increase with decreasing s/L ratio or increasing d/L ratio and its magnification from onset to propagation increases with decreasing s/L ratio. The scanline is a commonly used method to estimate the fracture distribution on outcrops. The data obtained from the scanline method can be applied to the evaluation of stress field in rock mass.s.
Park, Jong-Sung;Ryu, Dong-Woo;Ryu, Chang-Ha;Lee, Chung-In
Tunnel and Underground Space
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v.17
no.2
s.67
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pp.109-118
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2007
The excavation damaged zone (EDZ) is an area around an excavation where in situ rock mass properties, stress condition. displacement. groundwater flow conditions have been altered due to the excavation. Various studies have been carried out on EDZ, but most studies have been focused on the mechanical bahavior of EDZ by in situ experiment. Even though the EDZ could potentially form a high permeable pathway of groundwater flow, only a few studies were performed on the analysis of groundwater flow in EDZ. In this study, the' hydraulic EDZ' was defined as the rock Lone adjacent to the excavation where the hydraulic aperture has been changed due to the excavation. And hydraulic EDZ (hydraulic aperture changed zone) estimated by two-dimensional DEM program was considered in three-dimensional DFN model. From this approach the groundwater flow characteristics corresponding to hydraulic aperture change were examined. Together. a parametric study was performed to examine the boundary conditions that frequently used in DFN analysis such as constant head or constant flux condition. According to the numerical analysis, hydraulic aperture change induced by the hydraulic-mechanical interaction becomes one of the most important factors Influencing the hydraulic behavior of jointed rock masses. And also from this study, we suggest the proper boundary condition in three-dimensional DFN model.
Dongjin Seo;Yunjo Jung;Hong-Gun Kim;Hyung-Seop Shin;Young-Soon Kim
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.25
no.4
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pp.19-23
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2023
The Second-generation high-temperature superconducting (HTS) Rare-Earth Barium Copper Oxide (REBCO) wire is a composite laminate having a multi-layer structure (8 or more layers). HTS wires will undergo multiple loads including the bending-tension loads during winding, high current density, and high magnetic fields. In particular, the wires are subjected to bending stress and magnetic field stress because HTS wires are wound around a circular bobbin when making a high-field magnetic. Each of the different laminated wires inevitably exhibits damage and fracture behavior of wire due to stress deformation, mismatches in thermal, physical, electrical, and magnetic properties. Therefore, when manufacturing high-field magnets and other applications, it is necessary to calculate the stress-strain experienced by high-temperature superconducting wire to present stable operating conditions in the product's use environment. In this study, the finite element model (FEM) was used to simulate the strain-stress characteristics of the HTS wire under high current density and magnetic field, and bending loads. In addition, the result of obtaining the neutral axis of the wire and the simulation result was compared with the theoretical calculation value and reviewed. As a result of the simulation using COMSOL Multiphysics, when a current of 100 A was applied to the wire, the current value showed the difference of 10-9. The stress received by the wire was 501.9 MPa, which showed a theoretically calculated value of 500 MPa and difference of 0.38% between simulation and theoretical method. In addition, the displacement resulted is 30.0012 ㎛, which is very similar to the theoretically calculated value of 30 ㎛. Later, the amount of bending stress by the circular mandrel was received for each layer and the difference with the theoretically obtained the neutral axis result was compared and reviewed. This result will be used as basic data for manufacturing high-field magnets because it can be expanded and analyzed even in the case of wire with magnetic flux pinning.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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