To upgrade shear performance of reinforced concrete (RC) beams, and particularly of the segments under negative moment within continuous T-section beams, a series of original schemes has been proposed using carbon fibre-reinforced polymer (CFRP) U-shaped strips for shear-strengthening. The current work focuses on one of them, in which CFRP U-strips are wound around steel bars against the top of the flange of a T-beam and then spliced on its bottom face in addition to being bonded onto its sides. The test results showed that the proposed scheme successfully provided reliable anchorage for U-strips and prevented premature onset of shear failure due to FRP debonding. The governing shear mode of failure changed from peeling of CFRP to its fracture or crushing of concrete. The strengthened specimens displayed an average increase of about 60% in shear capacity over the unstrengthened control one. The specimen with a relatively high ratio and uniform distribution of CFRP reinforcement had a maximum increase of nearly 75% in strength as well as significantly improved ductility. The formulas by various codes or guidelines exhibited different accuracy in estimating FRP contribution to shear resistance of the segments that are subjected to negative moment and strengthened with well-anchored FRP U-strips within continuous T-beams. Further investigation is necessary to find a suitable approach to predicting load-carrying capacity of continuous beams shear strengthened in this way.
A new method to measure residual stress in micron and nano scale films is described. In the theory it is based on Linear Elastic Fracture Mechanics. And in the techniques it depends on the combined capability of the focused ion beam (FIB) imaging system and of high-resolution digital image correlation (DIC) software. The method can be used for any film material (whether amorphous or crystalline) without thinning the substrate. In the method, a region of the film surface is highlighted and scanning electron images of that region taken before and after a long slot, depth a, is introduced using the FIB. The DIC software evaluates the displacement of the surface normal to the slot due to the stress relaxation by using features on the film surface. To minimize the influence of signal noise and rigid body movement, not a few, but all of the measure displacements are used for determining the real residual stress. The accuracy of the method has been assessed by performing measurements on a nano film of diamond like carbon (DLC) on glass substrate and on micro film of aluminum oxide thermally grown on Fecrally substrate. It is shown that the new method determines the residual stress ${\sigma}_R=-1.73$ GPa for DLC and ${\sigma}_R=-5.45$ GPa for the aluminum oxide, which agree quite well with ones measured independently.
Gholami, M.;Sam, A.R. Mohd;Marsono, A.K.;Tahir, M.M.;Faridmehr, I.
Steel and Composite Structures
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v.20
no.5
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pp.999-1022
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2016
The use of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) to strengthen steel structures has attracted the attention of researchers greatly. Previous studies demonstrated bonding of CFRP plates to the steel sections has been a successful method to increase the mechanical properties. However, the main limitation to popular use of steel/CFRP strengthening system is the concern on durability of bonding between steel and CFRP in various environmental conditions. The paper evaluates the performance of I-section steel beams strengthened with pultruded CFRP plate on the bottom flange after exposure to diverse conditions including natural tropical climate, wet/dry cycles, plain water, salt water and acidic solution. Four-point bending tests were performed at specific intervals and the mechanical properties were compared to the control beam. Besides, the ductility of the strengthened beams and distribution of shear stress in adhesive layer were investigated thoroughly. The study found the adhesive layer was the critical part and the performance of the system related directly to its behavior. The highest strength degradation was observed for the beams immersed in salt water around 18% after 8 months exposure. Besides, the ductility of all strengthened beams increased after exposure. A theoretical procedure was employed to model the degradation of epoxy adhesive.
This study examines a non-contact laser scanning-based ultrasound system, called an angular scan pulse-echo ultrasonic propagation imager (A-PE-UPI), that uses coincided laser beams for ultrasonic sensing and generation. A laser Doppler vibrometer is used for sensing, while a diode pumped solid state (DPSS) Q-switched laser is used for generation of thermoelastic waves. A high-speed raster scanning of up to 10-kHz is achieved using a galvano-motorized mirror scanner that allows for coincided sensing and for the generation beam to perform two-dimensional scanning without causing any harm to the surface under inspection. This process allows for the visualization of longitudinal wave propagation through-the-thickness. A pulse-echo ultrasonic wave propagation imaging algorithm (PE-UWPI) is used for on-the-fly damage visualization of the structure. The presented system is very effective for high-speed, localized, non-contact, and non-destructive inspection of aerospace structures. The system is tested on an aluminum honeycomb sandwich with disbonds and a carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) honeycomb sandwich with a layer overlap. Inspection is performed at a 10-kHz scanning speed that takes 16 seconds to scan a $100{\times}100mm^2$ area with a scan interval of 0.25 mm. Finally, a comparison is presented between angular-scanning and a linear-scanning-based pulse-echo UPI system. The results show that the proposed system can successfully visualize defects in the inspected specimens.
Adsorption isotherms of o-xylene on Spheron 6, a graphitized carbon black, are obtained at various temperatures using a quartz beam microbalance. BET plots are made to estimate the molecular area of o-xylene from these isotherms. On Spheron 6, the molecular area of o-xylene (m.p $-25^{\circ}C$) remains constant until the temperature is increased up to $-15^{\circ}C$, but increases abruptly between $-15^{\circ}C$ and $-14^{\circ}C$, and then again remains constant thereafter. These results are interpreted as implying that the adsorbed o-xylene molecules are flatly localized on Spheron 6 with compact packing below $-15^{\circ}C$ while they gain a rotational degree of freedom around the benzene ring at the higher temperature.
SiC-C films were deposited with r. f. magnetron sputtering on substrates followed by argon ion bombardment. These films were then permeated by hydrogen gas under the pressure of $3.23\times10^{7}$ Pa for 3 hours at temperature of 500K or bombarded with hydrogen ion beam at 5 keV and a dose of $1\times10^{18}$ ions/$\textrm{cm}^2$. SIMS, AES and XPS were used to analyze hydrogen related species, chemical bonding states of C, Si as well as contamination oxygen due to hydrogen participation in the SiC-C films in order to study the different behaviors of hydrogen in carbon-carbide films due to different hydrogen introduction. Related mechanism about the effects of hydrogen on the element of the SiC-C films was discussed in this paper.
The increased use of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) in retrofitting reinforced concrete (RC) members has led to the need to develop non-destructive techniques that can monitor and characterize the unique damage mechanisms exhibited by such structural systems. This paper presented the damage characterization results of six CFRP retrofitted RC beam specimens tested in the laboratory and monitored using acoustic emission (AE). The focus of this study was to continuously monitor the change in AE parameters and analyze them both qualitatively and quantitatively, when brittle failure modes such as debonding occur in these beams. Although deterioration of structural integrity was traceable and can be quantified by monitoring the AE data, individual failure mode characteristics could not be identified due to the complexity of the system failure modes. In all, AE was an effective non-destructive monitoring tool that can trace the failure progression in RC beams retrofitted with CFRP. It would be advantageous to isolate signals originating from the CFRP and concrete, leading to a more clear understanding of the progression of the brittle damage mechanism involved in such a structural system. For practical applications, future studies should focus on spectral analysis of AE data from broadband sensors and automated pattern recognition tools to classify and better correlate AE parameters to failure modes observed.
Amir, Saeed;Khani, Mehdi;Shajari, Ali Reza;Dashti, Pedram
Structural Engineering and Mechanics
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v.63
no.2
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pp.171-180
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2017
Static and dynamic instability of a viscoelastic carbon nanotube (CNT) embedded on a thermo-elastic foundation are investigated, in this research. The CNT is modeled based on Euler-Bernoulli beam (EBB) and nonlocal small scale elasticity theory is utilized to analyze the structure. Governing equations of the system are derived using Hamilton's principle and differential quadrature (DQ) method is applied to solve the partial differential equations. The effects of variable axial load and diverse boundary conditions on static/vibration instability are studied. To verify the result of the DQ method, the Galerkin weighted residual approach is used for the instability analysis. It is observed appropriate agreement for results of two different solution methods and satisfactory accuracy with those obtained in prior studies. The results of this work could be useful for engineers and designers in order to produce and design nano/micro structures in thermo-elastic medium.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.220.1-220.1
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2014
본 연구에서는 PECVD 공법 중에 이온화 에너지가 높은 선형이온빔 소스를 이용하여 고온에서 전도성 카본박막을 코팅하였다. 카본 박막 코팅을 위한 Precursor는 $C_2H_2$ gas를 이용하였으며, 온도에 따른 카본 박막의 전기적 특성 및 두께에 따른 카본 박막 성장 구조를 분석하였다. 카본 박막의 전기적 특성은 Interfacial contact resistance (ICR) 방법으로 측정하였으며, 접촉 저항 측정을 위한 모재는 SUS316L stainless steel을 사용하였고 카본 박막 성장 구조 분석을 위해서는 폴리싱된 Si-wafer를 사용하였다. 선형이온빔 소스를 이용하여 상온에서 증착한 카본 코팅의 접촉저항 값은 50 nm 코팅 두께에서 $660m{\Omega}cm^2@10kgf/cm^2$으로 비정질상의 특성을 나타냈으며, 고온에서는 $14.8m{\Omega}cm^2@10kgf/cm^2$으로 온도가 증가함에 따라 비정질상의 카본 박막이 전도성을 가지는 카본박막으로의 성장을 확인할 수 있었다. 또한 전도성 카본 박막의 성장 구조 분석은 FE-SEM 및 Raman spectrum 분석을 통해 확인하였으며, 그 결과 코팅 두께가 증가할수록 카본 입자들은 수nm에서 약 150 nm의 카본 cluster를 형성하며 성장하였다. 이때 전도성 카본 박막의 두께에 따른 접촉저항의 값은 고온 조건에서 카본 박막의 두께가 약 100 nm일 때, $12.1m{\Omega}cm^2@10kgf/cm^2$의 가장 낮은 값을 가졌다. 위의 결과를 경제성이 아주 우수한 대면적 전도성 나노 카본 박막의 상용화 가능성이 높아질 것으로 기대된다.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.495-498
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2002
Recently, the advent of electro-active papers (EAPap) actuators has been reported. In this paper, the possibility of the actuators is demonstrated. EAPap is a paper that produces large displacement with small force under an electrical excitation. EAPap is made with a chemically treated paper by constructing thin electrodes on both sides of the paper. When electrical voltage is applied on the electrodes the EAPap produces bending displacement. To improve the bending performance of EAPap, different paper fibers-softwood, hardwood, bacteria cellulose, cellophane, carbon mixture paper, electrolyte containing paper and Korean traditional paper, in conjunction with additive chemicals were tested. Two attempts were made to construct the electrodes: the direct use of aluminum foil and the gold sputtering technique. It was found that a cellophane paper exhibits a remarkable bending performance. When 2MV/m of excitation voltage was applied on the paper actuator, more than 3mm of tip displacement was observed out of the 30 mm long paper beam. This is quite low excitation voltage compared to that of other EAPs. The actuation principle of electro-active paper (EAPap) and possible applications are addressed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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