International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.5
no.1
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pp.3-10
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2011
Theoretical models for prediction of the mechanical properties of cement mortar are developed based on the morphology and interactions of cement hydration products, capillary pores and microcracks. The models account for intermolecular interactions involving the nano-scale calcium silicate hydrate (C-S-H) constituents of hydration products, and consider the effects of capillary pores as well as the microcracks within the hydrated cement paste and at the interfacial transition zone (ITZ). Cement mortar was modeled as a three-phase material composed of hydrated cement paste, fine aggregates and ITZ. The Hashin's bound model was used to predict the elastic modulus of mortar as a three-phase composite. Theoretical evaluation of fracture toughness indicated that the frictional pullout of fine aggregates makes major contribution to the fracture energy of cement mortar. Linear fracture mechanics principles were used to model the tensile strength of mortar. The predictions of theoretical models compared reasonably with empirical values.
Micromechanical facture models can be used to predict ductile fracture in steel structures. In order to calibrate the parameters in the micromechanical models for the largely used Q345 steel in China, uniaxial tensile tests, smooth notched tensile tests, cyclic notched bar tests, scanning electron microscope tests and finite element analyses were conducted in this paper. The test specimens were made from base metal, deposit metal and heat affected zone of Q345 steel to investigate crack initiation in welded steel connections. The calibrated parameters for the three different locations of Q345 steel were compared with that of the other seven varieties of structural steels. It indicates that the toughness index parameters in the stress modified critical strain (SMCS) model and the void growth model (VGM) are connected with ductility of the material but have no correlation with the yield strength, ultimate strength or the ratio of ultimate strength to yield strength. While the damage degraded parameters in the degraded significant plastic strain (DSPS) model and the cyclic void growth model (CVGM) and the characteristic length parameter are irrelevant with any properties of the material. The results of this paper can be applied to predict ductile fracture in welded steel connections.
Alloy 617, Ni-22Cr-12Co-9Mo base oxide dispersion strengthened alloy was fabricated by using mechanical alloying, hot isostatic pressing and hot rolling. Uniaxial tensile tests were performed at room temperature and at $700^{\circ}C$. Compared with the conventional Alloy 617, ODS alloy showed much higher yield strength and tensile strength, but lower elongation. Fracture surfaces of the tensile tested specimens were investigated in order to find out the mechanism of fracture mode at each test temperature. Grain adjustment during tensile deformation was analyzed by electron backscattered diffraction mapping, inverse pole figures and TEM observation.
Multi-walled carbon nanotube (MWCNT)/epoxy composites are prepared by a vacuum assisted resin transfer molding (VARTM) method. The mechanical properties, fracture surface morphologies, and thermal stabilities of these nanocomposites are evaluated for epoxy resins with various amounts of MWCNTs. Composites consisting of different amounts of MWCNTs displayed an increase of the work of adhesion between the MWCNTs and the matrix, which improved both the tensile and impact strengths of the composites. The tensile and impact strengths of the MWCNT/epoxy composite improved by 59 and 562% with 0.3 phr of MWCNTs, respectively, compared to the epoxy composite without MWCNTs. Thermal stability of the 0.3 phr MWCNT/epoxy composite increased compared to other epoxy composites with MWCNTs. The enhancement of the mechanical and thermal properties of the MWCNT/epoxy nanocomposites is attributed to improved dispersibility and strong interfacial interaction between the MWCNTs and the epoxy in the composites prepared by VARTM.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1993.04a
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pp.65-72
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1993
Steel fiber reinforced concrete(SFRC) which is made by short, randomly distributed steel fibers in concrete is superior in its tensile mechanical properties to plain concrete in enhancement of tensile strength and tensile ductility. These improvements are attributed to crack arresting mechanism and formation of longer crack paths due to fibers , which as a consequence lead to increase in energy absorption capacity of SFRC. In the post-peak region under tensile stresses, major macrocrack forms at critical section. The opening of this macrocrack is mainly resisted by both of the fiber pull-out bridging the cracked surfaces and the resistance by matrix softening. In this study, micromechaincal approach has been made in order to simulate tensile behavior of SFRC and based on which the theoretical model is presented. This model reflects the features of both the composite material concept and the spacing concept in predicting tensile strength of SFRC. The model also takes into account for the effects of matrix tensile softening and fiber bridging by pull-out on the resistance for the post-peak behavior of SFRC. It has been shown that the developed model satisfactory predicts the experimental results.
A manufacturing technology of carbon fiber composites with thermoplastic polymer pellets and continuous woven fiber was investigated using a compression molding process. To secure the impregnation of resin into the porosity of fabric the composite specimens were prepared with general injection-molding grade polypropylene pellets and low viscosity polycarbonate pellets. Tensile tests of polypropylene and polycarbonate composites were performed. Polycarbonate composites showed higher fracture strength than that of polypropylene composites because of the difference of matrix properties. However, the increase rate of strength was lower than that of polypropylene composites due to the difference of coherence between matrix and reinforcement. To investigate the effect of carbon fiber volume fraction on the fracture strength variation polypropylene composites with different volume fraction were compression molded and tensile tests were performed together. It was shown that the fracture strength of the polypropylene composites increased by 3.2, 5.4 and 6.9 times with the increase of carbon fabric volume fraction of 0.256, 0.367, and 0.480, respectively.
Journal of the Korean Society of Mechanical Technology
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v.13
no.2
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pp.93-100
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2011
This study deals with the high frequency induction hardening (HF at $850^{\circ}C$, 120kHz & 50kW condition) SM45C steel. (1) The HF specimen, which was tempered at $150^{\circ}C$, did not show any tempering effect. A brittle fracture occurred at rounded area of the tensile specimen. AE (acoustic emission) amplitude distribution showed between 45dB and 60dB. (2) A slip and fracture occurred at the hole area of the HF specimen which was tempered at $300^{\circ}C$. As they pass the yield point, the AE energy is increased intermittently and AE amplitude distribution exists between 70dB and 85dB. In addition, after imposing the maximum tensile load, AE signals showed high amplitude and energy distribution. The AE amplitude showed between 45dB and 70dB. (3) A brittle fracture occurred at HF specimen which was tempered at $450^{\circ}C$ as if it is torn in the direction of $45^{\circ}$ on parallel area over the both sides of the tensile specimen, which lead to several peak appeared in AE energy. It was found that the AE amplitude was relatively low and the AE energy was high.
Kumar, Abhishek;Vishnuvardhan, S.;Murthy, A. Ramachandra;Raghava, G.
Structural Engineering and Mechanics
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v.69
no.4
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pp.467-477
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2019
Digital image correlation (DIC) is now a popular and extensively used full-field metrology technique. In general, DIC is performed by using a turnkey solution offered by various manufacturers of DIC. In this paper, a simple and economical set-up for DIC is proposed which uses easily accessible digital single-lens reflex (DSLR) camera rather than industrial couple-charged device (CCD) cameras. The paper gives a description of aspects of carrying a DIC experiment which includes experimental set-up, specimen preparation, image acquisition and analysis. The details provided here will be helpful to carry DIC experiments without specialized DIC testing rig. To validate the responses obtained from proposed DIC set-up, tension and fatigue tests on specimens made of IS 2062 Gr. E300 steel are determined. Tensile parameters for a flat specimen and stress intensity factor for an eccentrically-loaded single edge notch tension specimen are evaluated from results of DIC experiment. Results obtained from proposed DIC experiments are compared with those obtained from conventional methods and are found to be in close agreement. It is also noted that the high resolution of DSLR allows the use of proposed approach for fracture characterization which could not be carried out with a typical turnkey DIC solution employing a camera of 2MP resolution.
Yoon, Ji Hyun;Kang, Suk Hoon;Lee, Yongbok;Kim, Sung Soo
Korean Journal of Metals and Materials
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v.50
no.1
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pp.1-7
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2012
The fracture resistance and tensile properties of $Y_2O_3$ oxide dispersion strengthened steel containing 9 wt% Cr(9Cr-ODS) were measured at various temperatures up to $700^{\circ}C$. The fracture characteristics were compared with those of commercial E911 ferritic/martensitic steel. The strength of 9Cr-ODS was at least 30% higher than that of E911 steel at the test temperatures below $500^{\circ}C$. The strength difference between the two materials was almost diminished at $700^{\circ}C$. 9Cr-ODS showed cleavage fracture behavior at room temperature and unstable crack growth behaviors at $300^{\circ}C$ and $500^{\circ}C$. The J-R fracture resistance of 9Cr-ODS was much lower than that of E911 steel at all temperatures. It was deduced that the coarse $Cr_2O_3$ particles that were formed during the alloying process provided the crack initiation sites of cleavage fracture in 9Cr-ODS.
In this study, an AISI 316 L alloy was manufactured using a selective laser melting (SLM) process. The tensile and impact toughness properties of the SLM AISI 316 L alloy were examined. In addition, stress relieving heat treatment (650℃ / 2 h) was performed on the as-built SLM alloy to investigate the effects of heat treatment on the mechanical properties. In the as-built SLM AISI 316 L alloy, cellular dendrite and molten pool structures were observed. Although the molten pool did not disappear following heat treatment, EBSD KAM analytical results confirmed that the fractions of the low- and high-angle boundaries decreased and increased, respectively. As the heat treatment was performed, the yield strength decreased, but the tensile strength and elongation increased only slightly. Impact toughness results revealed that the impact energy increased by 33.5% when heat treatment was applied. The deformation behavior of the SLM AISI 316 L alloy was also examined in relation to the microstructure through analyses of the tensile and impact fracture surfaces.
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