Ho-Huu, V.;Vo-Duy, T.;Duong-Gia, D.;Nguyen-Thoi, T.
Steel and Composite Structures
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v.27
no.3
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pp.297-310
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2018
A simple and efficient numerical optimization approach for the lightweight optimal design of composite laminated beams is presented in this paper. The proposed procedure is a combination between the finite element method (FEM) and a global optimization algorithm developed recently, namely Jaya. In the present procedure, the advantages of FEM and Jaya are exploited, where FEM is used to analyze the behavior of beam, and Jaya is modified and applied to solve formed optimization problems. In the optimization problems, the objective aims to minimize the overall weight of beam; and fiber volume fractions, thicknesses and fiber orientation angles of layers are selected as design variables. The constraints include the restriction on the first fundamental frequency and the boundaries of design variables. Several numerical examples with different design scenarios are executed. The influence of the design variable types and the boundary conditions of beam on the optimal results is investigated. Moreover, the performance of Jaya is compared with that of the well-known methods, viz. differential evolution (DE), genetic algorithm (GA), and particle swarm optimization (PSO). The obtained results reveal that the proposed approach is efficient and provides better solutions than those acquired by the compared methods.
A volume integral equation method (VIEM) is introduced for the solution of elastostatic problems in an unbounded isotropic elastic solids containing interacting multiple anisotropic inclusions subject to remote uniaxial tension. The method is applied to two-dimensional problems involving long parallel cylindrical inclusions. A detailed analysis of stress field at the interface between the matrix and the central inclusion is carried out for square and hexagonal packing of the inclusions. Effects of the number of anisotropic inclusions and various fiber volume fractions on the stress field at the interface between the matrix and the central inclusion are also investigated in detail. The accuracy of the method is validated by solving the single inclusion problem for which solutions are available in the literature.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.365-375
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2017
An experimental evaluation of crack propagation and post-cracking behavior in steel fiber reinforced concrete (SFRC) beams, using full-field displacements obtained from the digital image correlation technique is presented. Surface displacements and strains during the fracture test of notched SFRC beams with volume fractions ($V_f$) of steel fibers equal to 0.5 and 0.75% are analyzed. An analysis procedure for determining the crack opening width over the depth of the beam during crack propagation in the flexure test is presented. The crack opening width is established as a function of the crack tip opening displacement and the residual flexural strength of SFRC beams. The softening in the post-peak load response is associated with the rapid surface crack propagation for small increases in crack tip opening displacement. The load recovery in the flexural response of SFRC is associated with a hinge-type behavior in the beam. For the stress gradient produced by flexure, the hinge is established before load recovery is initiated. The resistance provided by the fibers to the opening of the hinge produces the load recovery in the flexural response.
The objective of this research was to characterize fucoidans isolated from Laminaria religiosa and Undaria pinnatifida in Korea to obtain basic data for Production of soluble dietary fiber materials with biological functionality. Fucoidans were successively extracted 3 times at $65\%$ for 1hr with arid solution of pH 2.0, and cetylpyridinium chloride was used for partial purification. The yields of partially purified fucoidans were $2.71\%$ for L. religiosa, $6.65\%$ for sporophylls of U. pinnatifida and $0.40\%$ for blade of U. pinnatifida. The yield from sporophylls of U. pinnatifida was highest among the sample tested, whereas the yield from blade of U. pinnatifida was lowest. It appeared that the fuconidans content in different parts of U. pinnatifida varied. Partially purified fucoidans were separated into 3 fractions by DEAE-Sephadex A-25 ion exchange column and the maior fractions were refractionated with tractional precipitation with ethanol. $60-70\%$ ethanol precipitated fractions of 1. religiosa and sporophylls of U. pinnatifida turned out to be homogeneous by cellulose acetate electrophoresis and gel filteration chromatography. The molar ratios of fucose, galactose, and sulfate in the purified fucoidans(ethanol precipitated fractions) were 1 : 0.31 : 2.43 for L. religiosa and 1 : 0.97 : 1.99 for sporophylls of U. pinnatifida. The averaged molecular weights of the purified fucoidans from L. religiosa and sporophylls of U. pinnatifida were 31,000 and 38,000, respectively.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.2
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pp.122-129
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2017
The aim of this study is a large amount use of recycled aggregates. The considering recycled aggregates replacement ratio is 50% that of natural aggregates. In order to increase the shear capacity of beams, that may be weaken by use of recycled aggregates, steel fibers are reinforced. The main variables are steel fiber volume fractions such as 0%, 0.5%, 0.75% and 1.0%. After the test, it could confirm that the strength and deformation capacity of beams with the steel fiber content values of 0.5% and 0.75% are comprehensively enhanced compared to non reinforcement. After evaluating the shear strength by using shear strength equations of previous researches, it concluded that the strength equation of Oh et al. (2008) is able to predict the shear strength of SFRC beams on the safety side.
Kim, Jung-Dam;Yun, Jae-Min;Lim, Yun-Soo;Kim, Myung-Soo
Korean Journal of Materials Research
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v.26
no.4
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pp.173-181
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2016
In order to use coal tar pitch (CTP) as a raw material for carbon fibers, it should have suitable properties such as a narrow range of softening point, suitable viscosity and uniform optical properties. In this study, raw CTP was modified by heat treatment with three types of polymer additives (PS, PET, and PVC) to make a spinnable pitch for carbon fibers. The yield, softening point, C/H ratio, insoluble yield, and meso-phase content of various modified CTPs with polymer additives were analyzed by changing the type of polymer additive and the heat treatment temperature. The purpose of this study was to compare the properties of CTPs modified by polymer addition with those of a commercial CTP. After the pitch spinning, the obtained green fibers were stabilized and carbonized. The properties of the respective fibers were analyzed to compare their uniformity, diameter change, and mechanical properties. Among three polymer additives, PS220 and PET261 pitches were found to be spinnable, but the carbon fibers from PET261 showed mechanical properties comparable with those of a commercial CTP produced by an air-blowing method (OCI284). The CTPs modified with polymer additive had higher ${\beta}$-resin fractions than the CTP with only thermal treatment indicating a beneficial effect of carbon fiber application.
This paper presents results of an experimental study conducted to investigate the effect of volume fraction of fibers on the mechanical properties of a fiber-reinforced, lightweight aggregate concrete(FRLAC) that was produced without an autoclave process. The FRLAC enhanced the strength of lightweight, cellular concrete by adding polypropylene fibers and lightweight aggregates. To investigate the effect of volume fraction of fibers on the mechanical behavior of FRLAC and to determine the optimal volume fraction of fibers, a series of compression and flexural strength tests on FRLAC specimens with various fiber volume fractions(0%, 0.10%, 0.25%, 0.50%) were conducted. It was observed from the tests that a 0.25% volume fraction of fibers maximized the increase in the strength of FRLAC and the fibers controlled cracking in FRLAC.
The effective thermal conductivities of $Mm\;(La_{0.6-0.8})\;Ni_{4.0}Co_{0.6}Mn_{0.2}Al_{0.2}$ (TL-492) with hydrogen and helium have been examined. Experiment results show that pressure has great influence on effective thermal conductivity in Low pressure range (below 0.5 MPa). And that influence decreases rapidly with increase of gas pressure. The reason is at low pressure, the mean free path of gas becomes greater than effective thickness of gas film which is important to the heat transfer mechanism in this research. And, carbon fibers have been used to try to enhance the poor thermal conductivity of TL-492. Three types of carbon fibers and three mass fractions have been examined and compared. Naturally, the highest effective thermal conductivity has been reached with carbon fiber which has highest thermal conductivity, and highest mass fraction. This method has acquired 4.33 times higher thermal conductivity than pure metal hydrides with quite low quantity of additives, only 0.99wt% of carbon fiber. This is a good result comparing to other method which can reach higher effect ive thermal conductivity but needs much higher mass fraction of additives too.
Concrete-filled steel tubes (CFSTs) are increasingly used as composite sections in structures owing to their excellent load bearing capacity. Therefore, predicting the mechanical behavior of CFST sections under axial compression loading is vital for design purposes. This paper presents the first study on the nonlinear analysis of heated CFSTs with high-strength concrete core containing steel fiber and waste tire rubber under axial compression loading. CFSTs had steel fibers with 0, 1, and 1.5% volume fractions and 0, 5, and 10% rubber particles as sand alternative material. They were subjected to 20, 250, 500, and 750℃ temperatures. Using flow rule and analytical analysis, a model is developed to predict the load bearing capacity of steel tube, and hoop strain-axial strain relationship, and axial stress-volumetric strain relationship of CFSTs. An elastic-plastic analysis method is applied to determine the axial and hoop stresses of the steel tube, considering elastic, yield, and strain hardening stages of steel in its stress-strain curve. The axial stress in the concrete core is determined as the difference between the total experimental axial stress and the axial stress of steel tube obtained from modeling. The results show that steel tube in CFSTs under 750℃ exhibits a higher load bearing contribution compared to those under 20, 250, and 500℃. It is also found that the ratio of load bearing capacity of steel tube at peak point to the load bearing capacity of CFST at peak load is noticeable such that this ratio is in the ranges of 0.21-0.33 and 0.31-0.38 for the CFST specimens with a steel tube thickness of 2 and 3.5 mm, respectively. In addition, after the steel tube yielding, the load bearing capacity of the tube decreases due to the reduction of its axial stiffness and the increase of hoop strain rate, which is in the range of about 20 to 40%.
Jae-Min Kim;Sang-Hoon Lee;Jae Hyun Kim;Kang Su Kim
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.5
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pp.105-112
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2023
Steel fiber reinforced concrete (SFRC) exhibits enhanced strength and superior energy dissipation capacity compared to normal concrete, and it can also reduce crack propagation and fragmentation of concrete even when subjected to blast loads. In this study, the parameters defining failure surface and damage function of the K&C concrete nonlinear model were proposed to be applied for the properties of SFRC in LS-DYNA. Single element analysis has been conducted to validate the proposed parameters in the K&C model, which provided very close simulations on the compressive behavior of SFRC. In addition, blast analysis was performed on SFRC columns with different volume fractions of steel fibers, and the blast resistance of SFRC columns was quantitatively analyzed with Korea Occupational Safety & Health Agency (KOSHA) guidelines.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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