Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.3
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pp.157-165
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2003
The paper deals with the rupture strain estimation of fiber sheets. The experimental study involved tensile testing of 120 fiber sheet specimens and bending testing of 72 concrete beams strengthened with various types of fiber sheets(carbon, glass, and aramid fiber). Concrete beams have 3 types of reinforcement ratios. Rupture strains of fiber sheet specimens are determined by tensile tests to be a little less than the tensile failure strain by the catalog, independently on the number of fiber sheet layers. It is shown that the rupture strain of fiber sheet bonded to reinforced concrete beam is not constant, but decreases as the fiber sheet layer increases. Based on these results, the rupture fiber sheet strain is estimated.
Comparison of interfacial properties and microfailure mechanisms of oxygen-plasma treated poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole(PBO. Zylon) and poly(p-phenylene terephthalamide)(PPTA, Kevlar) fibers/ epoxy composites were investigated using micromechanical technique and nondestructive acoustic emission(AE). Interfacial shear strength(IFSS) and work of adhesion, Wa of PBO or Kevlar fibers/epoxy composites increased by oxygen-plasma treatment. Plasma-treated Kevlar fiber shooed the maximum critical surface tension and polar term, whereas the untreated PBO fiber showed the minimum value. Microfibril fracture pattern of plasma-treated Kevlar fiber appeared obviously. Based on the propagation of microfibril failure toward core region. the number of AE events for plasma-treated PBO and Kevlar fibers increased significantly. The results oi nondestructive AE were consistent well with microfailure modes by optical observation in microdroplet and two-fiber composites tests.
The shear failure modes of fiber reinforced polymer(FRP) strengthened concrete beams are quite different to those of the beams strengthened with steel stirrups. When the beams are strengthened with larger amount of FRP composites, the beams normally fail in shear due to concrete crushing before the FRP reaches its rupture strain. In order to predict the shear strength of such beams, the actual rupture strain must be known. The equations previously reported in the technical literature adopt an effective reduction factor for the rupture strain. These equations may not be applicable to FRP strengthened RC beams that are beyond the experimental application limits, because most of these equations are empirical in nature. This paper presents the results of an analytical study on the performance of reinforced concrete beams externally wrapped with FRP composites and internally reinforced with conventional steel stirrups.
Park, Joung-Man;Kong, Jin-Woo;Kim, Dae-Sik;Yoon, Dong-Jin
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.23
no.5
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pp.418-428
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2003
Fiber fracture is one of the dominant failure phenomena affecting the total mechanical Performance of the composites. Fiber fracture locations were measured through the conventional optical microscope and the nondestructive acoustic emission (AE) technique and then were compared together as a function of the epoxy matrix modulus and the fiber surface treatment by the electrodeposition method (ED). Interfacial shear strength (IFSS) was measured using tensile fragmentation test in combination of AE method. ED treatment of the fiber surface enlarged the number of fiber fracture locations in comparison to the untreated case. The number of fiber fracture events measured by the AE method was less than optically obtained one. However, fiber fracture locations determined by AE detection corresponded with those by optical observation with small errors. The source location of fiber breaks by AE analysis could be a nondestructive, valuable method to measure interfacial shear strength (IFSS) of matrix in non-, semi- and/or transparent polymer composites.
In this study, the failure modes by ballistic impacts were studied both for a neat Kevlar woven fabric and a Kevlar liquid armor impregnated with shear thickening fluid (STF) containing silica particles. These two materials showed quite different failure modes macroscopically in ballistic impacts tests used by Cal.22 FSP and 9mm FMJ bullet. Yarn pull-out for the neat Kevlar woven fabric and yarn fracture occurred partially through all plies from 1st ply to last one for the STF-Kevlar are an important energy absorption mechanisms. The results observed by S.E.M showed commonly fiber damage which are torn skin in the longitudinal fiber direction, fiber split axially and fiber fracture for two materials. The reasons why STF-kevlar liquid armor material exhibits excellent ballistic performance are as follow: firstly the increased friction forces between yarn-yarn and fabric-fabric covered with silica particles and secondary the evolution of shear thickening phenomenmon resulting in suppression of yarn mobility.
In aerospace industry, the improvement of structural performance of fight structure without increasing weight has great advantage. In this study. an innovative design method to increase the buckling load and tension failure load at the same time without increasing the weight of composite plates was investigated. By using the curvilinear fiber format a method to increase the buckling load and tension failure load simultaneously was investigated for composite plates with central hole with finite element method. It was investigated how much gain can be obtained with curvilinear fiber format for the plates with different hole size and different stacking sequence. And, for the cases studied, the failure mechanism was also investigated. For the manufacturing of the curvilinear fiber format, smoothly and continuously changing fiber path is necessary. In this study, a simple method to find the smoothly changing fiber path by using the fiber angles obtained with finite element method was presented.
Joung-Man Park;Sang-Il Lee;Jin-Woo Kong;Tae-Wook Kim
Composites Research
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v.16
no.2
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pp.68-73
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2003
Interfacial properties and electrical sensing fer fiber fracture in carbon and SiC fibers/epoxy composites were investigated by the electrical resistance measurement and fragmentation test. As fiber-embedded angle increased, the interfacial shear strength (IFSS) of two-type fiber composites decreased, and the elapsed time takes long until the infinity in electrical resistivity. The initial slope of electrical resistivity increased rapidly to the infinity at higher angle, whereas electrical resistivity increased gradually at small angle. Furthermore, both fiber composites with small embedded angle showed a fully-developed stress whitening pattern, whereas both composites with higher embedded angle exhibited a less developed stress whitening pattern. As embedded angle decreased, the gap between the fragments increased and the debonded length was wider for both fiber composites. Electro-micromechanical technique could be a feasible nondestructive evaluation to measure interfacial sensing properties depending on the fiber-embedded angle in conductive fiber reinforced composites.
Interfacial and microfailure properties of carbon fiber/epoxy matrix composites were evaluated using both tensile fragmentation and compressive Broutman tests with an aid of acoustic emission (AE) monitoring. A polymeric maleic anhydride coupling agent and a monomeric amino-silane coupling agent were used via the electrodeposition (ED) and the dipping applications, respectively. Both coupling agents exhibited significant improvements in interfacial shear strength (IFSS) compared to the untreated case under tensile and compressive tests. The typical microfailure modes including fiber break of cone-shape, matrix cracking, and partial interlayer failure were observed during tensile test, whereas the diagonal slippage in fiber ends was observed under compressive test. For both loading types, fiber breaks occurred around just before and after yielding point. In both the untreated and treated cases AE amplitudes were separately distributed for the tensile testing, whereas they were closely distributed for the compressive tests. It is because of the difference in failure energies of carbon fiber between tensile and compressive loading. The maximum AE voltage for the waveform of carbon or basalt fiber breakages under tensile tests exhibited much larger than those under compressive tests, which can provide the difference in the failure energy of the individual failure processes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.7
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pp.1730-1737
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1994
Theoretical equations for an influence of fiber breaks on the frictional heating phenomenon in a uniaxially fiber-reinforced ceramic matrix composite are formulated. The microslip and gross slip phases are considered for deriving the equations. During a complete loading/unloading cycle, the work done against friction is derived. In order to estimate interfacial shear in a unidirectionally reinforced ceramic matrix composite which has fiber fractures as well as matrix cracks, parametric studies using the derived equations are done. In a case of less than 10% fiber fractures, additional frictional work due to fiber breaks can be neglected compared to the rest.
This paper presents the failure mode and strengthening design of reinforced concrete slab strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymer(CFRP) grid. Parameters involved in this experimental study are FRP grid reinforcement quantity, repair mortar thickness, the presence of anchor, and strengthening in compression. In this study, there are different failure types with increasing the CFRP grid strengthening reinforcement. On the low strengthening level, CFRP grid in repair mortar cover ruptures. On the moderate strengthening level, there is a debonding shear failure in the interface of carbon FRP grid because of the excessive shear deformation. On the high strengthening level, diagonal shear failure occurs. With the increasing of FRP grid reinforcement, the strengthening effect increased, but the ductility decreased. By limiting the strengthening level, it can be achieved to prevent shear failure which result in sudden loss in the resisting load capacity. CFRP rupture failure is desirable, because CFRP ruptured concrete slab keeps the same load capacity and ductility haying before strengthening even after failure. Finally, design guideline and procedure are given for strengthening of concrete slab with CFRP grid.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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