Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.3
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pp.12-21
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2022
Directed energy deposition (DED) was adopted as a metal additive manufacturing method to develop a mold for the hot stamping process. The test piece was machined from Heatvar laminate material, and results were obtained through microstructure and defect observations, as well as hardness, tensile strength, and joint strength tests. 1) Spherical pores and irregular-shaped cavities were observed as lamination defects, and columnar dendrites formed in the structure, which tended to become coarse upon heat treatment. 2) The hardness of the heat-treated material (480HV) was slightly lower than that of the non-heat-treated material (500HV). 3) In the tensile test, the maximum tensile stress and strain of the heat-treated material were 1392 MPa and 15%, respectively, which were slightly higher than the values of 1381 MPa and 13%, respectively, for the non-heat-treated material. 4) In the case of the early final fracture in the tensile test, in most cases, pores or irregularly shaped cavities were observed at the fracture surface or near the surface. 5) In the joint strength test, most of the specimens finally fractured in the laminated metal area, and the fracture surface was intragranular. In addition, dimples formed over the entire area on the fracture surface of the fractured specimen after sufficient elongation.
Characteristics of nanocrystalline materials are known substantially dependent on the microstructure such as grain size, crystal orientation, and grain boundary. Thus it is desired to have systematic characterization methods on the various nanomaterials with complex geometries, especially in low dimensional nature. One of the interested nanomaterials would be a pure two-dimensional material, graphene, with superior mechanical, thermal, and electrical properties. In this study, mechanical properties of "polycrystalline" graphene were numerically investigated by molecular dynamics simulations. Subdomains with various sizes would be generated in the polycrystalline graphene during the fabrication such as chemical vapor deposition process. The atomic models of polycrystalline graphene were generated using Voronoi tessellation method. Stress strain curves for tensile deformation were obtained for various grain sizes (5~40 nm) and their mechanical properties were determined. It was found that, as the grain size increases, Young's modulus increases showing the reverse Hall-Petch effect. However, the fracture strain decreases in the same region, while the ultimate tensile strength (UTS) rather shows slight increasing behavior. We found that the polycrystalline graphene shows the reverse Hall-Petch effect over the simulated domain of grain size (< 40 nm).
Stainless steel pipe of type 304 the with a wall thickness of 26.9 mm and the outer diameter 406.4 mm is welded by manual arc welding process. Mechanical properties and fracture toughness of type 304 stainless steel are investigated in the temperature ranging from room temperature to -162$^{\circ}C$ The results obtained are summarized as follows. The tensile strength noticeably increases as the temperature becomes lower while the yield strength is relatively insensitive to temperature. The Charpy impact energy and CTOD values become higher in the case that crack propagation direction is aligned to the transverse axis upon the rolling direction than longitudinal direction. The drop of fracture toughness is associated with the noticeable diminution of plastic component as temperature seduces from room temperature to -162$^{\circ}C$ .
This research examined the mechanical behavior of fiber-reinforced concrete at unstable environmental conditions. Concrete composites with varying percentages of steel and glass fibers were analyzed. Compressive, indirect tensile, and fracture toughness properties were evaluated using the Edge Notched Disc Bend (ENDB) test under freezing-thawing and acidic environments and the results were compared with normal conditions. Steel fibers decreased the strength in the specified cycles, while glass fibers showed a normal strength trend. The compressive, tensile and fracture toughness of the samples containing 1.5 vol.% fibers showed a 1.28-, 2.13- and 4.5-fold enhancement compared to samples without fibers, after 300 freezing-thawing cycles, respectively.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1995.05a
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pp.771-776
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1995
Tensile and J-R tests were carried out to estimate the effects of dynamic strain aging(DSA) on SA106Gr.C piping steel. Tensile tests were performed under temperature range RT to $400^{\circ}C$ md strain rates from $1.39{\times}10^{-4}\;to\;6.95{\times}10^{-2}/s$. Fracture toughness was tested in the temperature range RT to $350^{\circ}C$ and load-line displacement rates 0.4 and 4mm/min. The effects of DSA on the tensile properties were clearly observed for phenomena such serrated flow, variation of ultimate and yield stress, and negative stram rate sensitivity. However, the magnitude of serration and strength increase by DSA was relatively small. this may be due to high ratio of Mn to C. In addition, crack initiation resistance, Ji and crack growth resistance, dJ/da were reduced in the range of $200-300^{\circ}C$, where DSA appeared as serrated flow and UTS hardening. The temperature corresponding to minimum fracture resistance was shifted to higher temperature with increasing loading rate.
Midhuna, M.S.;Gunneswara Rao, T.D.;Chaitanya Srikrishna, T.
Advances in concrete construction
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v.6
no.1
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pp.29-45
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2018
This paper investigates the effect of inclusion of glass fibers on mechanical and fracture properties of binary blend geopolymer concrete produced by using fly ash and ground granulated blast furnace slag. To study the effect of glass fibers, the mix design parameters like binder content, alkaline solution/binder ratio, sodium hydroxide concentration and aggregate grading were kept constant. Four different volume fractions (0.1%, 0.2%, 0.3% and 0.4%) and two different lengths (6 mm, 13 mm) of glass fibers were considered in the present study. Three different notch-depth ratios (0.1, 0.2, and 0.3) were considered for determining the fracture properties. The test results indicated that the addition of glass fibers improved the flexural strength, split tensile strength, fracture energy, critical stress intensity factor and critical crack mouth opening displacement of geopolymer concrete. 13 mm fibers are found to be more effective than 6 mm fibers and the optimum dosage of glass fibers was found to be 0.3% (by volume of concrete). The study shows the enormous potential of glass fiber reinforced geopolymer concrete in structural applications.
Kim, Maan-Won;Lee, Yo-Seob;Shin, In-Whan;Yang, Jun-Seog;Kim, Hong-Deok
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.16
no.1
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pp.42-48
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2020
The effect of improving the tensile and J-R fracture toughness properties of SA508 Gr.1a on the LBB margin for the main steam pipe is investigated. The material properties and microstructure images of the existing main steam piping material SA106 Gr.C used in domestic nuclear power plants and the newly selected material SA508 Gr.1a were compared. For each material, LBB margins were calculated and compared through finite element analysis and crack instability evaluation. The LBB margin of the improved SA508 Gr.1a is found to be greatly improved compared to that of the existing SA106 Gr.C and SA508 Gr.1a. This is because of the increased material's strength and J-R fracture toughness compared to the previous materials. In order to analyze the effect of physical property change on the LBB margin, the sensitivity of each LBB margin according to the variation of tensile strength and J-R fracture toughness was analyzed. The effect of the change in tensile strength was found to be greater than that of the change in fracture toughness. Therefore, an increase in strength significantly influenced the improvement of the LBB margin of the improved SA508 Gr.1a.
Park, Jun-Soo;Jeong, Eui-Chul;Choi, Han-Sol;Kim, Mi-Ae;Yun, Eon-Gyeong;Kim, Yong-Dae;Won, Si-Tae;Lee, Sung-Hee
Design & Manufacturing
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v.14
no.1
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pp.49-55
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2020
In this study, the fatigue behavior and fatigue life characteristics of PA2200 specimens fabricated by SLS 3D printer were studied. Fatigue tests were performed according to the standard specification (ASTM E468) and fatigue life curves were obtained. In order to perform the fatigue test, mechanical properties were measured according to the test speed of the simple tensile test, and the self-heating temperature of the specimen according to the test speed was measured using an infrared temperature measuring camera in consideration of heat generation due to plastic deformation. There was no significant difference within the set test speed range and the average self-heating temperature was measured at 38.5 ℃. The mechanical strength at the measured temperature showed a relatively small difference from the mechanical strength at room temperature. Fatigue test conditions were established through the preceding experiments, and the loading conditions below the tensile strength at room temperature 23 ℃ were set as the cyclic load. The maximum number of replicates was less than 100,000 cycles, and the fracture behavior of the specimens with the repeated loads showed the characteristics of Racheting. It was confirmed that SLS 3D printing PA2200 material could be applied to the Basquin's S-N diagram for the fatigue life curve of metal materials. SEM images of the fracture surface was obtained to analyze the relationship between the characteristics of the fracture surface and the number of repetitions until failure. Brittle fracture, crazing fracture, grain melting, and porous fracture surface were observed. It was shown that the larger the area of crazing damage, the longer the number of repetitions until fracture.
Mechanical properties and hardness distributions in arc brazed joints of Dual phase steel using Cu-Al insert metal were investigated. The maximum tensile shear load was 10.4kN at the highest brazing current. It was about 54% compared to tensile load of base metal. This joint efficiency is higher than that of joint of DP steel using Cu-based filler metals which are Cu-Si, Cu-Sn. Fracture positions can be divided into two types. Crack initiation commonly occurred at three point junction among upper sheet, lower sheet and the fusion zone. However crack propagations were different with increasing the brazing current. In case of the lower current, it instantaneously propagated along with the interface between fusion zone and upper base material. On the other hand, in case of higher current, a crack propagation occurred through fusion zone. When the brazing current is low (60, 70A), the interface shape is flat type. However the interface shape is rough type, when the brazing current is high (80A). It is thought that the interface shapes were the reason why the crack propagations were different with brazing current. The interface was the intermetallic compounds which consisted of $(Fe,Al)_{0.85}Cu_{0.15}$ IMC formed by crystallization at $1200^{\circ}C$during cooling. Therefore the maximum tensile shear load and the fracture behavior were determined by a interface shape and effective sheet thickness of the fracture position.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.3
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pp.42-50
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2020
This study explores the effects of repair width on the deposition characteristics and mechanical properties of stainless steel samples repaired using direct energy deposition (DED). In the DED repair process, defects such as pores and cracks can occur at the interface between the substrate and deposited material. In this study, we changed the width of the pre-machined zone for repair in order to prevent cracks from occurring at the inclined surface. As a result of the experiment, cracks of 10-40 ㎛ in length were formed along the inclined slope regardless of the repair width. Yield and tensile strength decreased slightly as the repair width increased, but the total and uniform elongation increased. This is due to the orientation of the crack. For specimens with a repair width of 20 mm, yield and tensile strength were 883 MPa and 1135 MPa, respectively. Total and uniform elongations were 14.3% and 8.2%, respectively. During observation of the fracture specimens, we noted that the fracture of the specimen with an 8 mm repair width occurred along the slope, whereas specimens with 14 mm and 20 mm repair depths fractured at the middle of the repaired region. In conclusion, we found that tensile properties were dependent upon the repair width and the inclination of the crack occurred at the interface.
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