This paper presents an analytical method considering tensile strength enhancement in hybrid $Al_2O_3$ fiber/particle/aluminum composites(MMCs). The tensile strength and elastic modulus of the hybrid MMCs are even 20% higher than those of the fiber reinforced MMCs with same volume fraction of reinforcements. This phenomenon is explained by the cluster model which is newly proposed in this research, and the strengthening mechanisms by a cluster is analyzed using simple modified rule of mixtures. From the analysis, it is observed that cluster structure in hybrid MMCs increase the fiber efficiency factor for the tensile strength and the orientation factor for the elastic modulus. The present theory is then compared with experimental results which was performed using squeeze infiltrated hybrid MMCs made of hybrid $Al_2O_3$ short fiber/particle preform and AC8A alloy as base metal, and the agreement is found to be satisfactory.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.3
s.258
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pp.295-303
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2007
Degradation behaviors of filament-winded composites have been evaluated under the accelerated environmental test of high temperature, water immersion and thermal impact conditions. Two kinds of laminated composites coated by an urethane resin have been used: carbon-fiber reinforced epoxy(T700/Epon-826, CFRP) and glass-fiber reinforced phenolic (E-glass/phenolic, GFRP). For tensile strength of $0^{\circ}$ composites, CFRP showed little degradation while GFRP did high reduction by 25% under the influence of high temperature and water However for water-immersed $90^{\circ}$ composites tensile strength of both CFRP and GFRP showed high reduction. Bending strength and modulus of $90^{\circ}$ composites were largely reduced in water-immersion as well as high temperature environment. Urethane coating on the composite surface improved the bending properties by 20%, however hardly showed such improvement for water-immersed $90^{\circ}$ composites. In case of shear strength and modulus, both CFRP and GFRP showed high reduction by water-Immersion test but did a slight increase by high temperature and thermal impact conditions.
In order to improve the mechanical properties of unsaturated polyester (UPE) resins, the UPE resins with different glycol molar ratios were prepared. The effects of molar ratios of the UPE resins on the curing behaviors and mechanical properties were investigated. The microgel reaction mechanism was employed to characterize the system. It was found that the final conversion increased with increasing NPG molar ratios, and the conversion at the peak of differential scanning calorimetry (DSC) thermogram appeared to decrease with increasing NPG molar ratios. The flexural strength, tensile modulus, water resistance, and infiltration increased with increasing NPG content, but the tensile strength, tensile elongation, and flexural modulus decreased. Among the UPE resins prepared from the glycols with the molar ratios (PG/NPG) of 0.5/0.5, 0.25/0.75, those of laminated composites plates showed better mechanical properties.
Properties of carbon blacks and carbon black/SBR rubber composites filled by surface modified carbon blacks were examined. Although the specific surface area of carbon blacks increased after the surface modifications with heat, acid, and base, there were no obvious changes in resistivity. The composites filled by heat treated carbon blacks showed a higher tensile strength and elongation than those filled by raw blacks. The acid and base treated carbon blacks filled composites also showed higher tensile strength but similar elongation values with those filled by raw blacks. With increasing loading ratio, both tensile strength and elongation increased, and appeared a maximum value at 30-40 phr. Modulus at 300% strain remained increasing with further loading of carbon blacks. At the same loading, the heat treated black filled composites showed similar modulus values with composites filled by raw blacks but for base and acid treated black filled composites much higher values were obtained. After the surface modification, the functional groups which played an important role in reinforcement action were changed.
Taha, Mohd R.;Alsharef, Jamal M.A.;Khan, Tanveer A.;Aziz, Mubashir;Gaber, Maryam
Geomechanics and Engineering
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v.16
no.5
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pp.559-567
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2018
Technological innovations in sustainable materials for soil improvement have attracted considerable interest due to energy crisis and environmental concerns in recent years. This study presents results of a comprehensive investigation on utilization of nanocarbons in reinforcement of a residual soil mixed with 0, 10 and 20% bentonite. Effects of adding proportionate quantities (0, 0.05, 0.075, 0.1 and 0.2%) of carbon nanotubes and carbon nanofibers to soil samples of different plasticities were evaluated. The investigation revealed that the inclusion of nanocarbons into the soil samples significantly improved unconfined compressive strength, Young's modulus and indirect tensile strength. It was observed that carbon nanofibers showed better performance as compared to carbon nanotubes. The nanosized diameter and high aspect ratio of nanocarbons make it possible to distribute the reinforcing materials on a much smaller scale and bridge the inter-particles voids. As a result, a better 'soil-reinforcing material' interaction is achieved and desired properties of the soil are improved at nanolevel.
Interest in aluminum alloys for the hydrogen valves of fuel cell electric vehicles (FCEVs) is growing due to the reduction in fuel efficiency by the high weight. However, when an aluminum alloy is used, deterioration in mechanical characteristics caused by hydrogen embrittlement and wear is regarded as a problem. In this investigation, the aluminum alloy used to prevent hydrogen embrittlement was subjected to surface treatments by performing hard anodizing and plasma ion nitriding processes. The hard anodized Al alloy exhibited brittleness in which the mechanical characteristics rapidly deteriorated due to porosity and defects of surface, resulting in a decrease in the ultimate tensile strength and modulus of toughness by 15.58 and 42.51%, respectively, as the hydrogen charging time increased from 0 to 96 hours. In contrast, no distinct nitriding layer in the plasma ion-nitrided Al alloy was observed due to oxide film formation and processing conditions. However, compared to 0 and 96 hours of hydrogen charging time, the ultimate tensile strength and modulus of toughness decreased by 7.54 and 13.32%, respectively, presenting excellent resistance to hydrogen embrittlement.
In this study. stress-strain relationships were investigated by performing the confined extension tests for seven types of geosynthetics such as geotextiles, composite geosynthetics and geogrids. A comparison was made between unconfined and confined moduli for each geosynthetic material to quantify the soil confinement effect on stress-strain properties. A comparison was also made between the increase of moduli at the same strain level with the types of the geosynthetics to demonstrate the different stress-strain responses. Based on the result of the extension tests, the higher the confining stress, the larger the secant modulus of geosynthetics. The secant modulus at 5% strain is twice as much as that of 10% strain, especially there is a noticeable increasing of secant modulus for the two nonwoven geotextiles.
Mechanical reinforcement of an all-sustainable composite, composed of papyrus stem-milled particles as reinforcement and poly-L-lactic acid (PLLA) resin as matrix, was investigated. The papyrus particles (average diameter of $70{\mu}m$) could be well dispersed in PLLA resin up to 50 wt% without any surface modification. Young's modulus of the composite was 4.2 GPa at 50 wt% of the papyrus content. This is a two-fold increment in modulus as compared to that of the PLLA matrix. The tensile strength of the composite was almost constant around 48 MPa irrespective of the papyrus content. Temperature dependence of the storage modulus demonstrated that the incorporation of papyrus restricts the large drop in the modulus above the glass transition of PLLA.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.10
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pp.1609-1618
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1997
Thermo-mechanical behaviors of polymer matrix composite(PMC) with continuous TiNi fiber are studied using theoretical analysis with 1-D analytical model and numerical analysis with 2-D multi-fiber finite element(FE) model. It is found that both compressive stress in matrix and tensile stress in TiNi fiber are the source of strengthening mechanisms and thermo-mechanical coupling. Thermal expansion of continuous TiNi fiber reinforced PMC has been compared with various mechanical behaviors as a function of fiber volume fraction, degree of pre-strain and modulus ratio between TiNi fiber and polymer matrix. Based on the concept of so-called shape memory composite(SMC) with a permanent shape memory effect, the critical modulus ratio is determined to obtain a smart composite with no or minimum thermal deformation. The critical modulus ratio should be a major factor for design and manufacturing of SMC.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2014.10a
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pp.550-554
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2014
Regarding thin films in MEMS/NEMS structures, the exact evaluation of mechanical properties is very essential to enhance the reliability of their design and manufacturing. However, such methods as a tensile test and a resonance test, general methods to measure elastic moduli, cannot be applied to thin films since its thickness is so small. This work concerns guided wave based elastic modulus measurement method. To this end, guided wave excitation and detection system using a pulsed laser and a laser interferometry has been established. Also an elastic modulus extraction algorithm from the measured guided wave signal was developed. Finally, it was applied to actual thin film structures such as Ni-Si and Al-Si multilayers. From experimental results, we confirm that the proposed method has considerable feasibility to measure elastic properties of thin films.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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