In this paper, the process parameters of thread rolling were designed based on the numerical analysis results. Firstly, the effective analysis conditions that guarantee the reliability of the analysis results were found. To find the effective analysis conditions, the analyses were carried out for various numbers of teeth. And then, the effects of the process parameters such as tool shape and temperature on the thread rolling performance were investigated. The formability in thread rolling process was evaluated in terms of Cockcroft-Latham damage value. In order to evaluate formability, Cockcroft-Latham damage value was normalized by the critical damage value which was obtained from the analysis of uniaxial tensile test. The analyses were carried out using DEFORM-3D. The results showed that the flank angle and crest round had an effect on the thread rolling load. It was also shown that temperature had significant effects on the effective strain distribution, rolling load, and damage. With the reduced formability of stainless steel at higher temperature, it was shown that the normalized damage values increased as the process temperature.
Deformation characteristics and damage evolution during warm backward extrusion of bulk AZ31 Mg alloy were investigated using finite element analyses. AZ31 Mg alloy was assumed as a hardening viscoplastic material. The tensile tests of AZ31 Mg alloy in previous experimental works showed the ductile fracture even at the warm temperature of $175^{\circ}C$. In this study, damage evolution model proposed by Lee and Dawson, which was developed based on the growth of micro voids in hardening viscoplastic materials, was combined into DEFORM 2D. Effects of forming temperature, punch speed, extrusion ratio and size of work piece on formability in warm backward extrusion as well as on mechanical properties of extruded products were examined. In general, finite element predictions matched the experimental observations and supported the analyses based on experiments. Distributions of accumulated damage predicted by the finite element simulations were effective to identify the locations of possible fracture. Finally, it was concluded that the process model, DEFORM2D combined with Lee & Dawson#s damage evolution model, was effective for the analysis of warm backward extrusion of AZ31 Mg alloys.
The damaging effects of hemp and cotton by Aspergillus sp, and penicillum sp, which grow successfully on cotton were studied. The damages were measured after cultivated at $30^{\circ}C$ for 10 days the fabrics with Aspergillus sp,and Penicillum sp, respectically, in various conditions. The effects of cell-free extract produced from fungus were also investigated. The results of obtained could be summeried as follows : 1) Cultivation of fungi on fibre in malt extract agar was better than that in czapeck agar. 2) Tnsile strength of the fabrics was deteriortated most easily in czapeak agar at the rae of 49.8%. 3)Growth of fungi was promoted by starching the fibre but tensile strength was felled -off , however, by starching, propagation of fungi was superior on cotton to on hemp. 4) In case of hemp, propagation of fungi was inferior to in case of cotton but the tensile strength was deteriorated at the rate of 26-33%. 5) In case of starched hemp, the tensile strength was deteriorated Slowly in first 8 days, but after 8 days there was no particular change. There was no particular change of tensile strength by starching in cotton. 6) It seemed that a damage of fibre was accelerated because the fungus grow not only on the surface of fabrics but also the inner of those. 7) By treatment of cell-free produced form fungi, the tensile strength of hemp falled off at the rate of 50-65% in first 24 hours, since then the tensile strength was deteriorated slowly for 4 days, but after incubation for 4 days was not changed. But the tensile strength of cotton by cell-free extracts was not effected.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.2
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pp.275-282
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2002
Tensile residual stress happen by difference of coefficients of thermal expansion between fiber and matrix is one of the serious problems in metal matrix composite(MMC). In this study, TiNi fiber was used to solve the tensile residual stress as the reinforced material. TiNi fiber improves the tensile strength of composite by occurring compressive residual stress in matrix using shape memory effect of it. Pre-strain was added to generate compressive residual stress inside TiNi/A16061 composite. It was also evaluated the effect of compressive residual stress corresponding to pre-strains variation. AE technique was used to clarify the microscopic damage behavior at high temperature and the effect of pre-strain difference of TiNi/A16061 shape memory alloy composite.
Tensile residual stress happen by difference of coefficients of thermal expansion between fiber and matrix is one of the serious problems in metal matrix composite(MMC). In this study, TiNi fiber was used to solve the tensile residual stress as the reinforced material. TiNi fiber improves the tensile strength of composite by occurring compressive residual stress in matrix using shape memory effect of it. Pre-strain was added to generate compressive residual stress inside TiNi/A16061 composite. It was also evaluated the effect of compressive residual stress corresponding to pre-strains variation. AE technique was used to clarify the microscopic damage behavior at high temperature and the effect of pre-strain difference of TiNi/A16061 shape memory alloy composite.
The variation of the microstructures and the mechanical properties with varying vacuum hot pressing temperature and pressure was investigated in PyM processed 20 vol%) SiCw/ 2124Al composites. As increasing the vacuum hot pressing temperature, the aspect ratio of whiskers and density of composites increased due to the softening of 2124Al matrix with the increased amount of liquid phase. The tensile strength of composite increased with increasing vacuum hot pressing temperature up to $570^{\circ}C$ and became saturated above $570^{\circ}C$, To attain the high densification of composites above 99%, the vacuum hot pressing pressure was needed to be above 70 MPa. However, the higher vacuum hot pressing pressure above 70 MPa was not effective to increase the tensile strength due to the reduced aspect ratio of SiC whiskers from damage of whiskers during vacuum hot pressing. A phenomenological equation to predict the tensile strength of $SiC_w$/2124AI composite was proposed as a function including two microstructural parameters, i.e. density of composites and aspect ratio of whiskers. The tensile strength of $SiC_w$/2124AI were found more sensitive to the porosity than other P/M materials due to the higher stress concentration and reduced load transfer efficiency by the pores locating at whisker/matrix interfaces.
PURPOSES : The piezoelectric energy road analysis technology using a three-dimensional finite element method was developed to investigate pavement behaviors when piezoelectric energy harvesters and a new polyurethane surface layer were installed in field conditions. The main purpose of this study is to predict the long-term performance of the piezoelectric energy road through the proposed analytical steps. METHODS : To predict the stresses and strains of the piezoelectric energy road, the developed energy harvesters were embedded into the polyurethane surface layer (50 mm from the top surface). The typical type of triaxial dump truck loading was applied to the top of each energy harvester. In this paper, a general purpose finite element analysis program called ABAQUS was used and it was assumed that a harvester is installed in the cross section of a typical asphalt pavement structure. RESULTS : The maximum tensile stress of the polyurethane surface layer in the initial fatigue model occurred up to 0.035 MPa in the transverse direction when the truck tire load was loaded on the top of each harvester. The maximum tensile stresses were 0.025 MPa in the intermediate fatigue model and 0.013 MPa in the final fatigue model, which were 72% and 37% lower than that of the initial stage model, respectively. CONCLUSIONS : The main critical damage locations can be estimated between the base layer and the surface layer. If the crack propagates, bottom-up cracking from the base layer is the main cracking pattern where the tensile stress is higher than in other locations. It is also considered that the possibility of cracking in the top-down direction at the edge of energy harvester is more likely to occur because the material strength of the energy harvester is much higher and plays a role in the supporting points. In terms of long-term performance, all tensile stresses in the energy harvester and polyurethane layer are less than 1% of the maximum tensile strength and the possibility of fatigue damage was very low. Since the harvester is embedded in the surface layer of the polyurethane, which has higher tensile strength and toughness, it can assure a good, long-term performance.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.36
no.6
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pp.979-990
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2016
This study presents a nonlinear finite element procedure involving a phenomenological model to validate the tensile strain capacity of the X80 line pipe developed for the strain-based design purpose. The procedure is based on the Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) model, which models nucleation, growth and coalescence of void volume fraction occurred inside a metal. In this study, the user-defined material module (UMAT) is implemented in the commercial finite element platform ABAQUS and is applied to the nonlinear damage analysis of steel specimens. Material parameters for the nonlinear damage analysis of base and weld metals are calibrated from numerical simulations for the tensile tests of round bar and full thickness specimens. They are then employed in the numerical simulations for SENT (Single Edge Notch Tension) test and CWPT (Curved Wide Plate Test) and in the simulations, the tensile strain capacities are naturally evaluated. Comparison of the numerical results with the experimental results and the conventional empirical formulae shows that the proposed numerical procedure can fairly well predict the tensile strain capacity of X80 line pipe. So, it is readily expected to be effectively applied to the strain-based design procedure.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.3A
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pp.309-316
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2010
This paper proposed a nonlocal anisotropic damage model to simulate the behavior of plain and reinforced concrete structures that are predominantly tensile and compressive load. This model based on continuum damage mechanics, used a symmetric second-order tensor as the damage variable. For quasi-brittle materials, such as concrete, the damage patterns were different in tension and in compression. These two damage states were modeled by damage evolution laws ensuring a damage tensor rate proportional to the total strain tensor in terms of principal components. To investigate the effectiveness of proposed model, the double edge notched specimen experimented by nooru-mohamed and reinforced concrete bending beam were analyzed using the implementation of the proposed model. As the results for the simulation, the nonlocal anisotropic damage model with an adequate control of rupture correctly represented the crack propagation for mixed mode fracture. In the structural failure of reinforced concrete bending beam, the proposed model can be showed up to a very high damage level and yielding of the reinforcements.
Kim, Myoung Nam;Lim, Bo A;Kim, Seojin;Lee, Sun Myung
Journal of Conservation Science
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v.29
no.3
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pp.197-207
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2013
The gas acceleration test was conducted to identify the deterioration of Korean traditional textiles caused by $NO_2$. Total 20 specimens were prepared using 4 different materials (silk, cotton, ramie, hemp) after dyeing with 5 colors (undyed, red, yellow, blue, black). The specimens were exposed to 0.01, 0.1, 1, 10, 100, and 1000 ppm $NO_2$ gas in the test chamber at $20^{\circ}C$, 50% RH for 1 day. Optical, chemical, and physical evaluation was carried out after the exposure. In the case of Korean traditional textile, color difference increased at 1 ppm/day, $NO_3{^-}$ concentration, carbonyl and C-$NO_2$ functional group increased while pH decreased at 10 ppm/day and tensile strength weakened at 100 ppm/day. when it comes to undyed textile, alteration of color difference on silk and hemp cloth, $NO_3{^-}$ concentration and tensile strength on hemp cloth was remarkable. In addition, color difference on blue and yellow textile, $NO_3{^-}$ concentration increase of yellow textile and tensile strength decrease of hemp cloth & ramie cloth were significant. The results suggest that critical $NO_2$ concentration of optical, chemical, and physical damage on Korean traditional textiles are 1ppm/day, 10 ppm/day, 100 ppm/day respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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