Material response and failure mechanism of unidirectional metal matrix composites under impulsive shear loading

The material response and failure mechanism of unidirectional metal matrix composite under impulsive shear loading are investigated in this paper. Both experimental and analytical studies were performed. The shear strength of unidirectional C-f/A356.0 composite and A356.0 aluminum alloy at high strain rate were measured with a modified split Hopkinson torsional bar technique. The results indicated that the carbon fibers did not improve the shear strength of aluminum matrix if the fiber orientation aligned with the shear loading axis. The microscopic inspection of the fractured surface showed a multi-scale zigzag feature which implied a complicated shear failure mechanism in the composite. In addition to testing, the micromechanical stress field in the composite was analyzed by the generalized Eshelby equivalent method (GEEM). The influence of cracking in matrix on the micromechanical stress field was investigated as well. The results showed that the stress distribution in the composite is quite nonhomogeneous and very high shear stress concentrations are found in some regions in the matrix. The high shear stress concentration in the matrix induces tensile cracking at 45 degrees to the shear direction. This in turn aggravates the stress concentration at the fiber/matrix interface and finally leads to a catastrophic failure in the composite. From the correlation between the analysis and experimental results, the shear failure mechanism of unidirectional C-f/A356.0 composite can be elucidated qualitatively.

Experimental Studies of the Material Properties of the Forewing of Cicada (Homoptera, Cicadidae)

Detailed investigations on the structural and mechanical properties of the forewing of the cicada were carried out. Measurement of the structures of the wings showed that the thickness of the membrane of each cell and the diameter of each vein were non-uniform in both the longitudinal and transverse directions, and their means were approximately 12.2 and 133.3 mum, respectively. However, the aspect ratios of the wings and the bodies were quite uniform and were approximately equal to 2.98 and 2.13, respectively. Based on the measured thickness, mass and area of the membranes of the cells, the mean density and the mean area density of the wing were approximately 2.3 g cm(-3) and 2.8 x 10(-3) g cm(-2), respectively. In addition, the diameters of the veins of the wings, including the diameters of the holes in the vein of the leading edge, were examined. The mechanical properties of the wing were investigated separately by nanoindentation and tensile testing. The results indicated that the mean Young's modulus, hardness and yield stress of the membranes of the wings were approximately 3.7 Gpa, 0.2 Gpa and 29 Mpa, respectively, and the mean Young's modulus and strength of the veins along the direction of the venation of wings were approximately 1.9 Gpa and 52 Mpa, respectively. Finally, the relevant results were briefly analyzed and discussed, providing a guideline to the biomimetic design of the aerofoil materials of micro air vehicles.

Determination of Proper Processing Conditions of Material Surface Heat Treatment Through Finite Element Method

A two-dimensional model has been developed based on the experimental results of stainless steel remelting with the laminar plasma technology to investigate the transient thermo-physical characteristics of the melt pool liquids. The influence of the temperature field, temperature gradient, solidification rate and cooling rate on the processing conditions has been investigated numerically. Not only have the appropriate processing conditions been determined according to the calculations, but also they have been predicted with a criterion established based on the concept of equivalent temperature area density (ETAD) that is actually a function of the processing parameters and material properties. The comparison between the resulting conditions shows that the ETAD method can better predict the optimum condition.

Influences of strain rate and temperature variation on material intrinsic length of plasticity strain gradient theory

Cowper-Symonds and Johnson-Cook dynamic constitutive relations are used to study the influence of both strain rate effect and temperature variation on the material intrinsic length scale in strain gradient plasticity. The material intrinsic length scale decreases with increasing strain rates, and this length scale increases with temperature.

Three-Dimensional Modeling of Heat Transfer and Fluid Flow in Laminar-Plasma Material Re-Melting Processing

Modeling study is performed concerning the heat transfer and fluid flow for a laminar argon plasma jet impinging normally upon a flat workpiece exposed to the ambient air. The diffusion of the air into the plasma jet is handled by using the combined-diffusion-coefficient approach. The heat flux density and jet shear stress distributions at the workpiece surface obtained from the plasma jet modeling are then used to study the re-melting process of a carbon steel workpiece. Besides the heat conduction within the workpiece, the effects of the plasma-jet inlet parameters (temperature and velocity), workpiece moving speed, Marangoni convection, natural convection etc. on the re-melting process are considered. The modeling results demonstrate that the shapes and sizes of the molten pool in the workpiece are influenced appreciably by the plasma-jet inlet parameters, workpiece moving speed and Marangoni convection. The jet shear stress manifests its effect at higher plasma-jet inlet velocities, while the natural convection effect can be ignored. The modeling results of the molten pool sizes agree reasonably with available experimental data.

Evaluación final del Proyecto capacitación popular sobre el manejo del agroecosistema del trópico húmedo (PTH), Pancasan-Matagalpa, 1993-1996

El presente trabajo se realizó con el objetivo de Evaluar los resultados alcanzados por el Proyecto del Trópico Húmedo e:n la Zona de Pancasan del Departamento de Matagalpa quien fuera ejecutado por la Asociación Agrícola para el Desarrollo Agrícola Comunal (ADDAC) durante la segunda fase de ejecución del Proyecto, comprendida desde Septiembre de 1993 a Febrero de 1996, flnanciado por la Agencia Noruega para el Desarrollo (NORAD). La metodología empleada en el presente Estudio se basó en el tipo de Evaluación Ex­ post de la Dirección de Proyectos y Programación de Inversiones de las Naciones Unidas CEPAL y se resume en cuatro etapas: - Primera etapa Revisión de Información Escrita. - Segunda etapa Levantado de Datos de Campo. - Tercera etapa Procesamiento y Análisis de la Información de Campo. - Cuata y última etapa Elaboración y Presentacion del Informe Final. Los resultados alcanzados por el proyecto según el estudio, muestra que los ingresos percibidos por los productores participantes del Proyecto o Poblacion Meta (PM) se consideran que han aumentado en un 40% más con la incidencia del Proyecto Trópico Húmedo (PTH) con relación a los ingresos de los productores no participantes del Proyecto o Población No Meta (PNM). Este comportamiento refleja que los participantes del PTH han logrado mejorías sustanciales en la disponibilidad del recurso económico así como la creación de condiciones básicas para mejorar sus condiciones de vida. Además los procesos económicos dan lugar a una diferenciación económica entre los pobladores de la zona, pero por otro lado, establece un grado de interés y motivación para Integrarse de una manera activa como participantes del proyecto. En lo que se refiere a capacitación, se estima un 139% de sobrecumplimiento, según la planificación de eventos de capacitación, sobre todo en los años 1993 y 1994. Es importante destacar que este sobrecumplimiento de las capacitaciones tienen un producto y se refleja con la aplicación de las actividades del tipo agroforestal por parte de los participantes del proyecto y con la concepción creada en éstos sobre la preservación de los recursos naturales- Otro elemento Importante que pone de manifiesto el producto de las capacitaciones es el haber desarrollado capacidades en un buen grupo de productores estimados en 60 como futuros promotores de acciones de desarrollo. Por otro lado, han sido diversos los factores que determinaron una disminución en los rendimientos de los principales cultivos (maíz y frijol) entre ellos las variaciones climáticas y el mal manejo, sobre todo en la época de Apante de los productores de la PM con relación a los productores de la PNM. En el rubro Maíz los rendimientos del año 1995 disminuyeron en un 31% con relación a los del año de 1993, contrario a los rendimientos de la PNM que se incrementaron en un 2.1%. En el rubro frijol durante el mismo período, en las dos poblaciones en estudio, se redujo en un 35 y 34 % para la PM y la PNM respectivamente. Sin embargo, la tendencia de este comportamiento es revertirse, ya que los productores de la PNM realizan aplicaciones de agroquímicos para poder obtener estos resultados y los de la PM utilizan prácticas de Conservación de Suelo que a un corto plazo se reflejarán en un incremento de los rendimientos. El rubro pecuario mostró un comportamiento relativamente bajo con relación a los índices zootécnicos previstos, encontrándose mejores resultados en la PNM. Esto se atribuye fundamentalmente a la poca incidencia de las acciones que ha tenido el proyecto hacia este rubro justificado por el alto costo de Inversión que requiere tanto en material biológico como en Infraestructura. En las especies menores (cerdos y aves) no existen indicadores en los registros productivos ni en los resultados esperados por el proyecto. Esto puede valorarse como negativo y como debilidad manifiesta en el proceso de definición para la ampliación de las acciones del proyecto, de manera que no permite cuantificar ni cualificar el comportamiento de éstas ni el Impacto que pueden generar en los sistemas productivos de las unidades de producción. De tal manera que referirnos promedios de 2.66 cerdos por productor (de 13 productores), a diferencia de la PNM que 9 productores reportan un promedio de 1.33 unidades, a esto se agrega que ambas poblaciones reportan el suministro del mismo tipo de alimento (maíz, yuca, guineo, suero y sal). En aves se reportan productores de la PM con mayor número con relación a los de la PNM, con un promedio de 17 y 13 respectivamente. La alimentación suministrada por parte de la PM, se basa fundamentalmente en maíz y concentrados caseros (técnica promovida por el proyecto), este manejo aplicado a las aves por la PM tiene como resultado un aumento en la disponibilidad de alimento para la dieta familiar haciendo uso de los recursos locales de la unidad de producción, sucediendo lo contrario en los productores de la PNM, que para alimentar a las aves por lo general se destina el grano de maíz, compitiendo de esta manera, aves y familia por el alimento. Referente a la diversificación de la producción en la PM1 existe un fuerte predominio (del 32%) de 6 rubros establecidos en la finca y hay una tendencia (de un 21%) a incrementarse hasta 8 rubros como lo manifiestan las metas propuestas por el proyecto inicial. Un elemento importante que explica estos comportamientos la participación activa del personal técnico con los participantes del proyecto, ya que se establecen en un proceso de acción-reflexión-acción. Sucede lo contrario con los productores del grupo de la PNM que siendo 5 los rubros que mayor predominan en las fincas y con poca tendenda (16%) a incrementarse hasta 7 rubros por finca. En lo que adopción de tecnología se refiere, se manifiesta un número de productores (PM) que han adoptado de 3-4 prácticas por año y ha ido en aumento a lo largo de los tres años, desde el 11% en 1993 al 30% en 1995, y se establecen en los rubros de Maíz, Frijol y café. Mucho ha influido y de manera positiva en este proceso de adopción los niveles de comunicación desarrollados por los técnicos con los participantes del proyecto, sin embargo han sido diversos los factores que han influido de manera negativa en el proceso los cuales se reflejaron como: los resultados de las técnicas no son a corto plazo; hay mucha inversión de mano de obra; se hace uso de Insumas externos; hay una resistencia al uso de las tecnologías. La participación de la mujer de la PM en las actividades del proyecto es muy marcado, 124 jornales/año contra 62 jornales de la PNM, fundamentalmente en las actividades de carácter agropecuario, lo cual refleja una clara influencia del PTH en las mujeres de la comarca. A esto se le agrega el involucramiento en un 81% de las mujeres en al menos, un evento de capacitación del PTH a lo largo de tres años. Una evidencia de la diferencia en el comportamiento de las mujeres participantes en el Proyecto o PM es que al aplicar el Instrumento individual se evidencio una mayor fluidez, menor temor de expresión y un ambiente de mayor confianza, mientras que en la mayoría de las no participantes o PNM, se mostró mayor temor a expresar sus ideas y con muy poca alocución a las preguntas formuladas. La experiencia organizativa en la zona de Influencia del proyecto históricamente ha sido muy negativa, por la gran influencia política en dichas organizaciones. El proyecto influyó de una manera muy positiva en el aspecto de la organizacion campesina/ debido a la dinámica neutral de trabajo y en fundón de un bien colectivo, como es la preservación de los recursos naturales. Esto hace posible que en dinámicas de capacitación, surjan expresiones de participantes del proyecto sobre el beneficio de la organización, tales como "El pecado no está en la organización en sí, si no en la forma en cómo es concebida y coordinada"; es importante destacar que estas concepciones de los participantes, dan pautas para la valoración de que se han establecido las bases para desarrollar de una manera más efectiva las acciones impulsadas con un carácter sostenible. Considerando que los resultados obtenidos en el estudio muestran mejoras considerables y sustanciales en los aspectos socioeconómicos de las familias campesinas participantes del proyecto, es importante implementar una tercera fase de ejecución, de manera que se logre fortalecer y ampliar los componentes del proyecto, tomando en cuenta en la planificación una dotación de recursos humanos y económicos para garantizar la influencia a otras zonas aledañas a Pancasan.

Evolution induced catastrophe in a nonlinear dynamical model of material failure

In order to study the failure of disordered materials, the ensemble evolution of a nonlinear chain model was examined by using a stochastic slice sampling method. The following results were obtained. (1) Sample-specific behavior, i.e. evolutions are different from sample to sample in some cases under the same macroscopic conditions, is observed for various load-sharing rules except in the globally mean field theory. The evolution according to the cluster load-sharing rule, which reflects the interaction between broken clusters, cannot be predicted by a simple criterion from the initial damage pattern and even then is most complicated. (2) A binary failure probability, its transitional region, where globally stable (GS) modes and evolution-induced catastrophic (EIC) modes coexist, and the corresponding scaling laws are fundamental to the failure. There is a sensitive zone in the vicinity of the boundary between the GS and EIC regions in phase space, where a slight stochastic increment in damage can trigger a radical transition from GS to EIC. (3) The distribution of strength is obtained from the binary failure probability. This, like sample-specificity, originates from a trans-scale sensitivity linking meso-scopic and macroscopic phenomena. (4) Strong fluctuations in stress distribution different from that of GS modes may be assumed as a precursor of evolution-induced catastrophe (EIC).

Efecto del cultivo láctico CHN-11 en la elaboración de queso de crema con leche de cabra de forma artesanal en la hacienda Santa Rosa UNA Managua

El presente trabajo se realizó con el objetivo de evaluar el efecto de cultivo láctico CHN-11 en la elaboración de queso crema a base de leche de cabra de forma artesanal en la hacienda Santa Rosa UNA. Managua-Nicaragua, considerando los tratamientos queso crema con adición de cultivo y queso crema sin adición de cultivo. Se utilizó un método analítico sensorial para valorar las variables en cada tratamiento contando con 51 muestras previamente codificadas presentadas a 17 panelistas inexpertos para su evaluación. Las variables bajo análisis fueron: olor, color, sabor y textura, según los análisis estadísticos de la percepción de los panelistas, existe diferencia altamente significativo para la variable color y textura, diferencia significativa para la variable sabor, no encontrando diferencia significativa en lo que respecta a la variable olor. Las características físico química de la materia pri ma fueron óptimas para la elaboración del queso siendo comparadas con la norma NTON O3340-00 para leche pasterizada. Los costos de producción de cada uno de los tratamientos fueron similares en ambos siendo la diferencia en cuanto calidad.

The effect of nucleation time on the growth of a microvoid in a viscoelastic material

In this paper, discussions are focused on the growth of a nucleated void in a viscoelastic material. The in situ tensile tests of specimens made of high-density polyethylene, filled with spherical glass beads (HDPE/GB) are carried out under SEM. The experimental result indicates that the microvoid nucleation is induced by the partially interfacial debonding of particles. By means of the Laplace transform and the Eshelby's equivalent inclusion method, a new analytical expression of the void strain at different nucleation times is derived. It can be seen that the strain of the nucleated void depends not only on the remote strain history, but also on the nucleation time. This expression is also illustrated by numerical examples, and is found to be of great usefulness in the study of damage evolution in viscoelastic materials.

Dynamic stress intensity factor of a functionally graded material under antiplane shear loading

The dynamic response of a finite crack in an unbounded Functionally Graded Material (FGM) subjected to an antiplane shear loading is studied in this paper. The variation of the shear modulus of the functionally graded material is modeled by a quadratic increase along the direction perpendicular to the crack surface. The dynamic stress intensity factor is extracted from the asymptotic expansion of the stresses around the crack tip in the Laplace transform plane and obtained in the time domain by a numerical Laplace inversion technique. The influence of graded material property on the dynamic intensity factor is investigated. It is observed that the magnitude of dynamic stress intensity factor for a finite crack in such a functionally graded material is less than in the homogeneous material with a property identical to that of the FGM crack plane.

Material parameter extraction in THz-TDS using a converging beam transfer function

We demonstrate a parameter extraction algorithm based on a theoretical transfer function, which takes into account a converging THz beam. Using this, we successfully extract material parameters from data obtained for a quartz sample with a THz time domain spectrometer. © 2010 IEEE.