The rheological behaviour of anatase $TiO_2$ with organic coating has been investigated extensively in this study. The yield stress was measured over a wide range of solids concentration and pH using stress-controlled and speed-controlled rheometers. The organic treatment leads to a shift of the isoelectric point (IEP) from around pH 5.5 to pH 2.4. A maximum yield stress occurs in the vicinity of the isoelectric point determined by electrokinetic measurements. The transition of rheological behaviour between elastic solid and viscous liquid is represented by a stress plateau in a plot of stress against strain. It is hypothesised that the slope of the stress plateau reflects the uniformity of the structure, and hence the distribution of bond strength. Altering the concentration and the surface chemistry can vary the bond strength and its distribution. therefore, resulting in different type of failure: "ductile-type" or "brittle-type". pH and volume fraction dependence of yield stress could be described quantitatively using existing models with reasonable agreement.easonable agreement.
Ha, Yoon-Do;Kim, Min-Geun;Cho, Hyun-Gyu;Cho, Seon-Ho
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.2
s.152
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pp.130-138
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2007
A coupled variational equation for fluid-structure interaction (FSI) problems is derived from a steady state Navier-Stokes equation for incompressible Newtonian fluid and an equilibrium equation for geometrically nonlinear structures. For a fully coupled FSI formulation, between fluid and structures, a traction continuity condition is considered at interfaces where a no-slip condition is imposed. Under total Lagrange formulation in the structural domain, finite rotations are well described by using the second Piola-Kirchhoff stress and Green-Lagrange strain tensors. An adjoint shape design sensitivity analysis (DSA) method based on material derivative approach is applied to the FSI problem to develop a shape design optimization method. Demonstrating some numerical examples, the accuracy and efficiency of the developed DSA method is verified in comparison with finite difference sensitivity. Also, for the FSI problems, a shape design optimization is performed to obtain a maximal stiffness structure satisfying an allowable volume constraint.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.6
s.165
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pp.1026-1038
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1999
Interlaminar fracture toughness of carbon/epoxy composite materials has been studied under tensile and flexural loading by the use of width tapered double cantilever beam(WTDCB) and end notched flexure(ENF) specimens. This study has significantly examined the effect of various interfacial ply orientation, ${\alpha}(0^{\circ},\;45^{\circ}\;and\;90^{\circ})$ and crack propagation direction, ${\theta}(0^{\circ},\;15^{\circ},\;30^{\circ}\;and\;45^{\circ})$ in terms of critical strain energy release rate through experiments. Twelve differently layered laminates were investigated. The data reduction for evaluating the fracture energy is based on compliance method and beam theory. Beam theory is used to analyze the effect of crack propagation direction. The geometry and lay-up sequence of specimens are considered various conditions such as skewness parameter, beam volume, and so on. The results show that the fiber bridging occurred due to the non-midplane crack propagation and causes the difference of fracture energy evaluated by both methods. For safer and more reliable composite structures, we obtain the optimal stacking sequence from initial fracture energy in each mode.
This paper surveys the physical properties of the multiwall carbon nanotube (MWNT) and polyurethane composite film for improvement of mechanical properties and electrical characteristics. The modification of MWNT was carried out by acid treatment with nitric and sulphuric acid mixed solution, and then followed by thermal treatment for enhancing MWNT dispersion with polyurethane. This modified MWNT was mixed with polyurethane by changing the loading content of MWNT and dispersion time under the dimethylformamide solution in the ultrasonic wave apparatus. Various physical characteristics of the modified PU/MWNT films were measured and analyzed in terms of the loading content and dispersion time. The maximum absorbance of the PU/MWNT films were observed with the 2wt% loading at dispersion times of 2 and 24 hour, respectively. The minimum electrical volume resistivity of PU/MWNT film was shown at the loading content of 0.5wt% or more irrespective of dispersion treating time. However the optimum condition was assumed to 2wt% loading at dispersion time of 2 hours by assessing the surface profile of the film using video microscope. The breaking stress and strain of the PU/MWNT film decreased with increasing loading content, but no change of physical properties was shown with increasing in dispersion time.
Han Byung Chan;Jeon Esther;Park Wan-Shin;Lee Young-Seak;Hiroshi Fukuyama;Yun Hyun-Do
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.734-737
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2004
The synthetic fibers such as polypropylene(PP) and polyvilyl-alcohol(PVA) fiber are poised as a low cost alternative for reinforcement in structural applications. It has been reported that synthetic fiber in cement composites can control restrained tensile stresses and cracks and increase toughness, resistance to impact, corrosion, fatigue and durability. High performance fiber reinforced cementitious composite(HPFRCCs) shows ultra high ductile behavior in the hardened state, because of the fiber bridging properties. Therefore, a variety of experiments have being performed to access the performance of HPFRCCs recently. The research emphasis is on the flexural behavior of HPFRCCs made in synthetic fibers, and how this affects the composite property, and ultimately its strain-hardening performance. Three-point bending tests on HPFECCs are carried out. As the result of the bending tests, HPFRCCs showed high flexural strength and ductility. HPFRCCs made in PVA or Hybrid fiber were, also, superior to PP of singleness. On the other hand, effect of sand volume fraction on HPFRCCs made in PP was insignificant.
The metallic bipolar plate in PEMFC is widely used for automotive driving because of its advantages, i) high strength, ii) high chemical stability, iii) low gas permeability and iv) applicability to mass production. Especially, the metallic bipolar plate which is manufactured with the sheet metal stamping process can be applied in automotive PEMFC with less volume and weight because of its thin thickness but the formability and springback problems arise in real manufacturing process. The assessment for formability and springback of metallic bipolar plate should be performed before making stamping die sets. In this work, the methodology for determining the allowable draft angle of flow passage is introduced by using finite element analysis. In analysis results, as the draft angle of flow passage increase, the major strain and thinning is increase with exponential function. The allowable draft angle without fracture is presented by fitting the results. Additionally, the staking results with manufactured metallic bipolar plates by stamping process is presented.
Unidirectional fiber-metal matrix composites have superior mechanical properties along the longitudinal direction. However, the applicability of continuous fiber reinforced MMCs is somewhat limited due to their relatively poor transverse properties. Therefore, the transverse properties of MMCs are significantly influenced by the properties of the fiber/matrix interface. In this study, the interfacial stress states of transversely loaded unidirectional fiber reinforced metal matrix composites investigated by using elastic-plastic finite element analysis. Different fiber volume fractions $(5-60\%)$ were studied numerically. The interface was treated as thin layer (with different properties) with a finite thickness between the fiber and the matrix. The fiber is modeled as transversely isotropic linear-elastic, and the matrix as isotropic elastic-plastic material. The analyses were based on a two-dimensional generalized plane strain model of a cross-section of an unidirectional composite by the ANSYS finite element analysis code.
The effects of shield gas on the structure of methane-air nonpremixed counterflow flames were numerically investigated. The near extinction flame of a low global strain rate 20 $s^{-1}$ of 19% methane diluted by 81% nitrogen by volume and undiluted air was computed. The flame shape, centerline temperature and axial velocity profiles were compared for different velocity of the shield gas and with and without the shield gas. The effects of the velocity of the shield gas were negligible for $V_{S}/V_{F}{\leq}2$ in normal gravity. Under normal gravity conditions, the flame shape and its position with the shield gas were different from those of the flame without the shield gas, whereas no discernible effects of the shield gas along the centerline were observed in zero gravity.
The purpose of this research is to study the nonlinear free vibration and post-buckling analysis of functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FG-CNTRC) beams resting on a nonlinear elastic foundation. Uniformly and functionally graded distributions of single walled carbon nanotubes as reinforcing phase are considered in the polymeric matrix. The modified form of rule of mixture is used to estimate the material properties of CNTRC beams. The governing equations are derived employing Euler-Bernoulli beam theory along with energy method and Hamilton's principle. Applying von $K\acute{a}rm\acute{a}n's$ strain-displacement assumptions, the geometric nonlinearity is taken into consideration. The developed governing equations with quadratic and cubic nonlinearities are solved using variational iteration method (VIM) and the analytical expressions and numerical results are obtained for vibration and stability analysis of nanocomposite beams. The presented comparative results are indicative for the reliability, accuracy and fast convergence rate of the solution. Eventually, the effects of different parameters, such as foundation stiffness, volume fraction and distributions of carbon nanotubes, slenderness ratio, vibration amplitude, coefficients of elastic foundation and boundary conditions on the nonlinear frequencies, vibration response and post-buckling loads of FG-CNTRC beams are examined. The developed analytical solution provides direct insight into parametric studies of particular parameters of the problem.
The objective of this analytical study is to calculate the elasto-plastic stresses of Functionally Graded (FG) hyperbolic disc subjected to uniform temperature. The material properties (elastic modulus, thermal expansion coefficient and yield strength) and the geometry (thickness) of the disc are assumed to vary radially with a power law function, but Poisson's ratio does not vary. FG disc material is assumed to be non-work hardening. Radial and tangential stresses are obtained for various thickness profile, temperature and material properties. The results indicate that thickness profile and volume fractions of constituent materials play very important role on the thermal stresses of the FG hyperbolic discs. It is seen that thermal stresses in a disc with variable thickness are lower than those with constant thickness at the same temperature. As a result of this, variations in the thickness profile increase the operation temperature. Moreover, thickness variation in the discs provides a significant weight reduction. A disc with lower rigidity at the inner surface according to the outer surface should be selected to obtain almost homogenous stress distribution and to increase resistance to temperature. So, discs, which have more rigid region at the outer surface, are more useful in terms of resistance to temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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