The paper attempts to estimate the incubation time of a cavity in the interface between a power law creep particle and an elastic matrix subjected to a uniaxial stress. Since the power law creep particle is time dependent, the stresses in the interface relax. Through previous stress analysis related to the present physical model, the relaxation time is defined by ${\alpha}$2 which satisfies the equation $\Gamma$0 |1+${\alpha}$2k|m=1-${\alpha}$2 [19]. $\Gamma$0=2(1/√3)1+m($\sigma$$\infty$/2${\mu}$)m($\sigma$0/$\sigma$$\infty$tm) where $\sigma$$\infty$ is an applied stress, ${\mu}$ is a shear modulus of a matrix, $\sigma$$\infty$ is a material constant of a power law particle, $\sigma$=$\sigma$0 $\varepsilon$ and t elapsed time. the volume free energy associated with Helmholtz free energy includes strain energies associated with Helmholtz free energy includes strain energies caused by applied stress anddislocations piled up in interface (DPI). The energy due to DPI is found by modifying the results of Dundurs and Mura[20]. The volume free energies caused by both applied stress and DPI are a function of the cavity size(${\gamma}$) and elapsed time(t) and arise from stress relaxation in the interface. Critical radius ${\gamma}$ and incubation time t to maximize Helmholtz free energy is found in present analysis. Also, kinetics of cavity fourmation are investigated using the results obtained by Riede[16]. The incubation time is defied in the analysis as the time required to satisfy both the thermodynamic and kinetic conditions. Through the analysis it is found that [1] strain energy caused by the applied stress does not contribute significantly to the thermodynamic and kinetic conditions of a cavity formation, 2) in order to satisfy both thermodynamic and kinetic conditions, critical radius ${\gamma}$ decreases or holds constant with increase of time until the kinetic condition(eq.40) is satisfied. Therefore the cavity may not grow right after it is formed, as postulated by Harris[11], and Ishida and Mclean[12], 3) the effects of strain rate exponent (m), material constant $\sigma$0, volume fraction of the particle to matrix(f) and particle size on the incubation time are estimated using material constants of the copper as matrix.
Kim, Kyung-Su;Bae, Dae-Seok;Koh, Yong-Kwon;Kim, Jung-Yul
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.8
no.4
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pp.293-301
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2010
Optical fiber cable, as a sensor, was installed on the wall of KAERI(Korea Atomic Energy Research Institute) Underground Research Tunnel(KURT) in order to monitor the physical stability of the tunnel, which was constructed for technical development and demonstration of radioactive waste disposal. This monitoring system has two simultaneous measurements of temperature and strain over time using Brillouin backscatter. According to the results of the monitoring from Jan. 2008 to Nov. 2009, there is no significant displacement or movement at the tunnel wall However, the cumulative volume of total strain increased slightly as time passes with the comparison of the reference observation, which was measured in Jan. 2008. The change in cumulative volume of total strain indicates that the strain level had been affected by saturation and de-saturation phenomena due to groundwater fluctuation at several points at KURT. This system is based on the distributed sensing technique concept, not point sensing. By using this system, a displacement can be detected with the range from $20{\mu}{\varepsilon}$ to $28,000{\mu}{\varepsilon}$ every 1m interval in minimum. A temperature variation can be monitored at every 0.5m interval with the resolution of 0.01 in minimum. Based on the study, this monitoring system is potentially applicable to long term monitoring systems for radioactive waste disposal project as well as other structures and underground openings.
The superplastic behavior of whisker reinforced aluminum alloy matrix composites fabricated by squeeze casting as one of high pressure routes was investigated. The preforms of ${\alpha}-Si_3N_4$ and ${\beta}-SiC$ whiskers without any binder as a reinforcement were used. The matrix materials were 2024 and 7075 aluminum alloys. For the purpose of optimum superplastic condition, respectively, the whiskers volume fraction, extrusion temperature, tensile test temperature and initial strain rate were changed. Fracture surface of tested specimens were observed by SEM. By the results, it became possible to produce superplastic composites by applying only a hot extrusion process to composites obtained by the squeeze casting. The superplastic composites developed are ${\alpha}-Si_3N_4w/7075$, ${\alpha}-Si_3N_4w/2024$ and ${\beta}-SiCw/2024$ systems at high strain rate.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.1015-1018
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2006
In this paper, new topology optimization technique is proposed. It mainly uses the strain energy distributions induced by the mode shapes associated with natural frequencies of the structure and so we can implicitly consider the dynamic characteristics of the structure in the topology optimization process. The strain energy to be minimized is employed as the objective function and the initial volume of structures is adopted as the constraint function. The resizing algorithm devised from the optimality criteria method is used to update the hole size of the cell existing in each finite element. The cantilever beam problem is adopted to test the proposed techniques. From numerical test, it is found to be that the optimum topology of the cantilever produced by the proposed technique has a hugh increase of natural frequency value and the technique is very effective to maximize the fundamental frequency of the structure.
Friction welding of titanium and aluminium is numerically modeled by the axisymmetric thermal elastic-plastic analysis. In titanium/aluminium friction welding, heat transfers into the titanium substrate to a distance of z=10(mm) on the side of the bondline and into the whole region of the aluminium substrate having the large thermal conductivity. Adjacent to the bondline, $^{\sigma}r\;and\;^{\sigma\theta}$ are tensile in the substrate whose thermal shrinkage is large, and are compressive in the substrate whose thermal shrinkage is small. $\sigma_z$ along the radial direction is large tensile at the periphery of the component. Plastic strain occurs only close to the bondline in the aluminium substrate. In the components of plastic strain, $\varepsilon^p_r\;and\;\varepsilon^p_{\theta}$ have positive values and $\varepsilon^p_r$ has large negative value. However, $\varepsilon^p_r$ is produced not because of the severity of the mechanical restraint condition, but on purpose to satisfy the condition of the volume constant. A plastic work is proposed as a measure to evaluate the mechanical severity. The plastic work is larger in the aluminium substrate than that in the titanium substrate. The mechanical condition is severer in the aluminium substrate.
Park E. S.;Kim J. S.;Kim H. J.;Bae J. C.;Huh M. Y.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2005.05a
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pp.279-282
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2005
Composites comprising various volume fractions of crystalline nickel and bulk amorphous (BA) were produced by means of electroless coating of nickel on BA powder of $Cu_{54}Ni_6Zr_{22}Ti_{18}$ and subsequent spark plasma sintering (SPS) of coated BA powder. The flow curves of composites at various temperatures in the supercooled liquid region were determined by the uniaxial compression test with various strain rates. During compression at $450^{\circ}C$ with $\dot{\varepsilon}=2\times10^{-3}$, the monolithic BA sample and crystalline-BA composites displayed the superplastic deformation with $\varepsilon>1.4$. At temperatures above $460^{\circ}C$, the stress-strain curve of the monolithic BA sample depicted a sharp peak stress and a fellowing stress drop due to cracking, while those of the crystalline-BA composites displayed work-hardening up to the imposed strain. FEM analysis indicated that a fairly homogeneous strain state prevailed throughout the composite, while a higher level of stress was obtained in a harder BA.
This paper analyzes nonlinear free vibration of the circular nano-tubes made of functionally graded materials in the framework of nonlocal strain gradient theory in conjunction with a refined higher order shear deformation beam model. The effective material properties of the tube related to the change of temperature are assumed to vary along the radius of tube based on the power law. The refined beam model is introduced which not only contains transverse shear deformation but also satisfies the stress boundary conditions where shear stress cancels each other out on the inner and outer surfaces. Moreover, it can degenerate the Euler beam model, the Timoshenko beam model and the Reddy beam model. By incorporating this model with Hamilton's principle, the nonlinear vibration equations are established. The equations, including a material length scale parameter as well as a nonlocal parameter, can describe the size-dependent in linear and nonlinear vibration of FGM nanotubes. Analytical solution is obtained by using a two-steps perturbation method. Several comparisons are performed to validate the present analysis. Eventually, the effects of various physical parameters on nonlinear and linear natural frequencies of FGM nanotubes are analyzed, such as inner radius, temperature, nonlocal parameter, strain gradient parameter, scale parameter ratio, slenderness ratio, volume indexes, different beam models.
Ismail Esen;Mashhour A. Alazwari;Khalid H. Almitani;Mohamed A Eltaher;A. Abdelrahman
Advances in nano research
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v.14
no.5
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pp.475-493
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2023
In the context of nonclassical nonlocal strain gradient elasticity, this article studies the free and forced responses of functionally graded material (FGM) porous nanoplates exposed to thermal and magnetic fields under a moving load. The developed mathematical model includes shear deformation, size-scale, miscorstructure influences in the framework of higher order shear deformation theory (HSDT) and nonlocal strain gradient theory (NSGT), respectively. To explore the porosity effect, the study considers four different porosity models across the thickness: uniform, symmetrical, asymmetric bottom, and asymmetric top distributions. The system of quations of motion of the FGM porous nanoplate, including the effects of thermal load, Lorentz force, due to the magnetic field and moving load, are derived using the Hamilton's principle, and then solved analytically by employing the Navier method. For the free and forced responses of the nanoplate, the effects of nonlocal elasticity, strain gradient elasticity, temperature rise, magnetic field intensity, porosity volume fraction, and porosity distribution are analyzed. It is found that the forced vibrations of FGM porous nanoplates under thermal and live loads can be damped by applying a directed magnetic field.
High-performance fiber-reinforced cement composites (HPFRCC) are new materials created and used to repair, strengthen, and improve the performance of different structural parts. When exposed to tensile tension, these materials show acceptable strain-hardening. All of the countries of the globe currently seem to have a need for these building materials. This study aims to create a low-carbon HPFRCC (high ductility) that is made from materials that are readily available locally which has the right mechanical qualities, especially an increase in tensile strain capacity and environmental compatibility. In order to do this, the effects of fiber volume percent (0%, 0.5%, 1%, and 2%), and determining the appropriate level, filler type (limestone powder and silica sand), cement type (ordinary Portland cement, and limestone calcined clay cement or LC3), matrix hardness, and fiber type (ordinary and oxygen plasma treated polypropylene fiber) were explored. Fibers were subjected to oxygen plasma treatment at several powers and periods (50 W and 200 W, 30, 120, and 300 seconds). The influence of the above listed factors on the samples' three-point bending and direct tensile strength test results has been examined. The results showed that replacing ordinary Portland cement (OPC) with limestone calcined clay cement (LC3) in mixtures reduces the compressive strength, and increases the tensile strain capacity of the samples. Furthermore, using oxygen plasma treatment method (power 200 W and time 300 seconds) enhances the bonding of fibers with the matrix surface; thus, the tensile strain capacity of samples increased on average up to 70%.
The standard numerical approximation of structural displacement field leads to the thickness-wise transverse shear stress distributions which are quite different from the exact ones. To overcome this inherent problem, an effective and reliable post-processing method is presented based on the strain recovery and the stress equilibrium, particularly for functionally graded cylindrical and conical elastic panels. The present method is developed in the framework of locking-free 2-D natural element method. Through the recovery of displacement component-wise derivatives, the element-wise discontinuous in-plane strain distributions are enhanced to be globally continuous and smoothened. And, using the continuous in-plane strains, the troublesome poor transverse shear stress distributions are enhanced through the thickness-wise integration of static equilibrium equations. The validity of present post-processing method is verified through the comparison with the reference solutions. In addition, the comparative experiments are also performed to investigate the difference between the present method and other available post-processing methods. The numerical results confirm that the present method provides the accurate transverse shear stress distributions which are consistent with the reference solutions and much better than other available methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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