The various surface treated conditions of Fe-3.0%Ni-0.7%Cr-1.4%Mn-X steel such as as-received, ion nitriding, DLC coated, DLC coated after nitriding for 3 hrs and 6 hrs were investigated to evaluate the beneficial effect for plastic mold steel. Micro Vickers hardness tester was used to estimate nitriding depth from the hardness profile and to measure hardness on the surface. Elastic modulus and residual stress were measured by a nanoindentator. Scratch test and SP (small ball punch test) were utilized to assess the adhesive strength of DLC coating. The depth of nitriding layer was measured as $50{\mu}m$ for the condition of 3 hrs nitriding and $90{\mu}m$ for that of 6 hrs nitriding. Hardness, elastic modulus, residual stress of DLC coating were 20.37 GPa, 162.78 GPa and -1456 MPa respectively. Residual stress on the surface of DLC coating after nitriding could increase to -3914 MPa by introducing nitriding before DLC coating. During the 'Ball-On-Disc' test ${\gamma}^{\prime}$ particles pulled out from the surface of nitrized layer tend to enhance abrasive wear mode since the fraction of ${\gamma}^{\prime}$ (Fe4N) in ion-nitrized layer is known to increases with nitriding time. Thus the specific wear rate of the nitriding layer increased. Comparing with nitriding the specific wear rate in work piece disc as well as ball decreased prominently in DLC coating due to the remarkable reduction in friction coefficient.
An excavation damaged zone (EDZ) is created by fracturing, excavation or stress redistribution of tunnels. In this zone the mechanical and hydraulic properties of rock are changed, which makes additional cracks and serves as a dominant pathway of groundwater flow. In this study, an assessment on an EDZ size was practiced by the measurement of the deformation modulus at the KAERI underground research tunnel (KURT), and the information was applied to the modelling analysis using FLAC2D software. The EDZ at KURT fell into the range of 0.6~1.8m and the deformation moduli of the EDZ generally correspond to about 40% of intact rock mass. With a consideration of the EDZ in numerical analysis, tunnel displacements increased by about 65% and the maximum principal stress decreased to 58% from the case without EDZ. The plastic zone of the tunnel was enlarged to the crown and invert zones of the tunnel within the range of the length of rock bolts. About 2% of the total tunnel displacement with EDZ was suppressed by the KURT support system. It is anticipated that the investigation of an EDZ can be used as an important and fundamental research for validating the overall performance of a high level waste disposal system.
This study was to find a way of reusing wood and plastic wastes, which considered as a troublesome problem to be solved in this age of mass production and consumption, in manufacturing wood fiber-polypropylene fiber composite panel. And the feasibility of this composite panel as a substitute for existing headliner base panel of automobile was also discussed, especially based on physical and mechanical performance. Nonwoven web composite panels were made from wood fiber and polypropylene fiber formulations of 50 : 50, 60 : 40, and 70 : 30, based on oven-dry weight, with densities of 0.4, 0.5, 0.6, and 0.7 g/$cm^3$. At the same density levels, control fiberboards were also manufactured for performance comparison with the composite panels. Their physical and mechanical properties were tested according to ASTM D 1037-93. To elucidate thickness swelling mechanism of composite panel through the observation of morphological change of internal structures, the specimens before and after thickness swelling test by 24-hour immersion in water were used in scanning electron microscopy. Test results in this study showed that nonwoven web composite panel from wood fibers and polypropylene fibers had superior physical and mechanical properties to control fiberboard. In the physical properties of composite panel, dimensional stability improved as the content of polypropylene fiber increased, and the formulation of wood fiber and polypropylene fiber was considered to be a significant factor in the physical properties. Water absorption decreased but thickness swelling slightly increased with the increase of panel density. In the mechanical properties of composite panel, the bending modulus of rupture (MOR) and modulus of elasticity (MOE) appeared to improve with the increase of panel density under all the tested conditions of dry, heated, and wet. The formulation of wood fiber and polypropylene fiber was considered not to be a significant factor in the mechanical properties. All the bending MOR values under the dry, heated, and wet conditions met the requirements in the existing headliner base panel of resin felt.
Molecular dynamics simulations were performed to investigate the uniaxial tensile properties of nanocrystalline $U_{0.5}Th_{0.5}O_2$ solid solution with the Born-Mayer-Huggins potential. The results indicated that the elastic modulus increased linearly with the density relative to a single crystal, but decreased with increasing temperature. The simulated nanocrystalline $U_{0.5}Th_{0.5}O_2$ exhibited a breakdown in the Halle-Petch relation with mean grain size varying from 3.0 nm to 18.0 nm. Moreover, the elastic modulus of $U_{1-y}Th_yO_2$ solid solutions with different content of thorium at 300 K was also studied and the results accorded well with the experimental data available in the literature. In addition, the fracture mode of nanocrystalline $U_{0.5}Th_{0.5}O_2$ was inclined to be ductile because the fracture behavior was preceded by some moderate amount of plastic deformation, which is different from what has been seen earlier in simulations of pure $UO_2$.
Poly(1,2-propylene glycol adipate) (PPA) was used as an environmentally friendly plasticizer in flexible poly(vinyl chloride) (PVC). Thermal, mechanical, and rheological properties of the PVC/PPA blends were characterized by differential scanning calorimetry, dynamic mechanical analysis, tensile test, scanning electron microscopy and small amplitude oscillatory shear rheometry. The results showed that PPA lowered the glass transition temperature of PVC. The introduction of PPA could decrease tensile strength and Young's modulus of the PVC/PPA blends; however, elongation-at-break was dramatically increased due to the plastic deformation. The plasticization effect of PPA was also manifested by the decrease of dynamic storage modulus and viscosity in the melt state of the blends. The results indicated that PPA had a good plasticizing effect on PVC.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.57
no.6
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pp.141-152
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2015
Most of agricultural structures are consisted of complex components and exposed to various boundary conditions. There have been no ways to express those structures exactly for model experiment. As an alternative, 3D printer can produce any type of solid model. However, there are limited informations related to structural experiments using 3D printer. The object of this study gives the basic informations to structural engineers who try to use 3D printer for model experiment. When PLA was used as a supplier for 3D printer, the outcomes showed less heat deformation to compare with ABS. To test the material properties, two kinds of experiments (three-point flexibility test and compression test) were executed using universal testing machine. In three-point flexibility test, plastic hinge and its deformation were developed as observed in material such as steel. The behavior was in a linear elastic state, and elastic bending modulus and yield force were evaluated. In the compression test using unbraced columns with hinge-hinge boundary condition, the constant yield forces were observed regardless of different lengths in all columns with same section size, whereas the compressive elastic modulus was increased as the length of column was increased. The suggested results can be used for model experiments of various agricultural structures consisted of single material.
This study was conducted to investigate a feasibility of manufacturing wood fiber thermoplastic composites and to evaluate their mechanical properties. Wood fiber as a potential reinforcing filler was compounded with two thermoplastics (polypropylene and high density polyethylene) in high intensity thermokinetic plastic mixer aided with a wetting agent. It was found that wood fiber thermoplastic composites could be manufactured by injection molding process. The tensile and flexural strength of injection molded specimens were improved greatly with increasing wood fiber concentration. Tensile and flexural modulus increased proportionately with wood fiber concentration. Wood fiber provided reinforcement with thermoplastics in terms of strength and modulus. However, the percent elongation at break and energy to break were reduced with increasing wood fiber loadings. Impact strength also showed similar trend.
Laboratory and field data showed that deep mixed (DM) columns accelerated the rate of consolidation of the soft foundations. Most analyses of consolidation of DM column-improved foundations so far have been based on the elastic theory. In reality, the DM columns may yield due to the stress concentration from the soft soil and its limited strength. The influence of column yielding on the degree of consolidation of the soft foundation improved by DM columns has not been well investigated. A three-dimensional mechanically and hydraulically-coupled numerical method was adopted in this study to investigate the degree of consolidation of the DM column foundation considering column yielding. A unit cell model was used, in which the soil was modeled as a linearly elastic material. For a comparison purpose, the DM column was modeled as an elastic or elastic-plastic material. This study examined the aspects of stress transfer, settlement, and degree of consolidation of the foundations without or with the consideration of the yielding of the DM column. A parametric study was conducted to investigate the influence of the column yielding on the stress concentration ratio, settlement, and average degree of consolidation of the DM column foundation. The stress concentration ratio increased and then decreased to reach a constant value with the increase of the column modulus and time. A simplified method was proposed to calculate the maximum stress concentration ratios under undrained and drained conditions considering the column yielding. The simplified method based on a composite foundation concept could conservatively estimate the consolidation settlement. An increase of the column modulus, area replacement ratio, and/or column permeability increased the rate of consolidation.
Eui-Chul Jeong;Sung-Hee Lee;Hyunn-Seung Lee;Jung-Gil Oh;Seok-Kwan Hong
Design & Manufacturing
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v.18
no.2
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pp.17-22
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2024
Lightweight of plastic containers is becoming an important issue due to increasing environmental legislation and consumer awareness. In this study, the CAE analysis was conducted to optimize the shape of a 500 ml lightweight square polyethylene terephthalate(PET) bottle. First, the linear buckling alaysis using the finite element method was performed to analyze the correlation between the primary geometric parameters of the bottle and the buckling critical load. Then, the optimal geometry parameters were derived, and the actual buckling load was predicted by non-linear buckling simulation. The validity of the simulation results was verified by top-loading tests of PET bottles molded with the optimized geometry. The elastic modulus and tensile yield strength of PET through tensile tests were measured to improve the accuracy of the simulation. As a result of the tensile tests, the modulus of elasticity of PET increased from 2,900 MPa to 4,275 MPa, and the tensile yield strength increased from 52.4 MPa to 88.1 MPa. Finally the buckling load of the optimized PET bottle was found to be approximately 236 N, which is very similar to the simulation precition of 238 N. This study shows the feasibility and accuracy of the CAE analysis approach for the lightweight design of PET bottles, and will provide useful guidelines for the design of PET bottles.
The initiation and growth processes of cyclic ice body in porous systems are affected by the thermo-physical and mass transport properties, as well as gradients of temperature and chemical potentials. Furthermore, the diffusivity of deicing chemicals shows significantly higher value under cyclic freeze-thaw conditions. Consequently, the disintegration of concrete structures is aggravated at marine environments, higher altitudes, and northern areas. However, the properties of cyclic freeze-thaw with crack growth and the deterioration by the accumulated damages are hard to identify in tests. In order to predict the accumulated damages by cyclic freeze-thaw, a regression analysis by the response surface method (RSM) is used. The important parameters for cyclic freeze-thawdeterioration of concrete structures, such as water to cement ratio, entrained air pores, and the number of cycles of freezing and thawing, are used to compose the limit state function. The regression equation fitted to the important deterioration criteria, such as accumulated plastic deformation, relative dynamic modulus, or equivalent plastic deformations, were used as the probabilistic evaluations of performance for the degraded structural resistance. The predicted results of relative dynamic modulus and residual strains after 300 cycles of freeze-thaw show very good agreements with the experimental results. The RSM result can be used to predict the probability of occurrence for designer specified critical values. Therefore, it is possible to evaluate the life cycle management of concrete structures considering the accumulated damages due to the cyclic freeze-thaw using the proposed prediction method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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