When a complex load such as torsion, low-speed impact, or fatigue load is applied, the properties in the thickness direction are weakened through microcracks inside the material due to the nature of the laminated composite material, and delamination occurs. To prevent the interlaminar delamination, various three-dimensional reinforcement methods such as Z-pinning and stitching, and structural health monitoring techniques that detect the microcrack of structures in real time have been continuously studied. In this paper, the single-lap joints with I-fiber stitching process were manufactured by a co-curing method and their strengths and failure detection capability were evaluated. AE and electric resistance method were used for detection of crack and failure signal and electric circuit for signal analysis was manufactured, and failure signal was analyzed during the tensile test of a single-lap joint. From the experiment, the strength of the single lap joint reinforced by I-fiber stitching process was improved by about 44.6% compared to the co-cured single lap joint without reinforcement. In addition, as the single-lap joint reinforced by I-fiber stitching process can detect failure in both the electrical resistance method and the AE method, it has been proven to be an effective structure for failure monitoring as well as strength improvement.
Using combinations of carbon and glass fiber composites normally used for strengthening of concrete structures, the hybrid effect from strengthening concrete structures using the composite is studied. To produce the hybrid effects, the specimens were made with optimum proportions of carbon fibers with glass fibers. Then, direct tensile tests were conducted on the hybrid FRP (fiber reinforced polymer) specimens. Unlike the woven fiber sheet currently used in construction sites, the FRP specimens have to be directly combined with the fibers, which make the work very complicated. Therefore, direct tensile test specimens manufacturing method based on the combination of high-tension carbon fibers and E-type glass fibers was proposed and the effects of hybridization is studied through the direct tensile test. By comparing the ductility index, the modulus of elasticity, and the stress-strain curves of the specimens, the most optimum glass to carbon fiber combination ratio for the hybrid FRP was found to be 9 to 1 with ductile K-type epoxy. The study results are discussed in detail in the paper.
p-DCPD (poly dicyclopentadiene) is the resin that the versatile mechanical properties can be changeable via the control of inner monomer and catalysts. In this work, to improve the strength of composites, surface treated MGF (milled glass fiber) was used as an reinforcement in p-DCPD by molybdenum (Mo) catalyst matrix. The optimum concentration of surface treatment was obtained and the cohesion of MGF themselves increased with concentration. In case of 0.2 wt% silane concentration, the maximized mechanical properties of MGF/p-DCPD composite exhibited because of minimized MGF cohesion. When butyl silane showing minimizing cohesion was used as the optimized alkyl length, high tensile and flexure strength exhibited due to the steric hindrance effect among MGFs. Mechanical and their fractured surfaces of MGF/p-DCPD composites was compared for 4 different chemical functional groups. Norbornene functional groups containing similar chemical structure to DCPD matrix exhibited higher interfacial adhesion between MGFs and DCPD matrix.
Park, Joung-Man;Son, Tran Quang;Jung, Jin-Gyu;Kim, Sung-Ju;Hwang, Byung-Sun
Journal of Adhesion and Interface
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v.7
no.2
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pp.1-11
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2006
Interfacial evaluation of the untreated and treated Jute and Hemp fibers reinforced different matrix polypropylene-maleic anhydride polypropylene copolymer (PP-MAPP) composites were investigated by micromechanical technique and dynamic contact angle measurement. For the statistical tensile strength of Jute and Hemp fibers, bimodal Weibull distribution was fitted better than the unimodal distribution. The acid-base parameter on the interfacial shear strength (IFSS) of the natural fiber composites was characterized by calculating the work adhesion, $W_a$. The effect of alkaline, silane coupling agent on natural fibers were obtained with changing MAPP content in PP-MAPP matrices. Alkaline treated fibers made the surface energy to be higher due to removing the weak boundary layers and thus increasing surface area, whereas surface energy of silane treated Jute and Hemp fibers decreased due to blocked high energy sites. MAPP in the PP-MAPP matrix caused the surface energy to increase due to introduced acid-base sites. Microfailure modes of two natural fiber composites were observed clearly differently due to different tensile strength of natural fibers.
In this study, the thickness optimization for uni-directional (UD) glass fiber reinforced polymer (GFRP) laminates of the spar cap of composite tidal blades was performed under the tip deflection constrains. The spar cap was composed of GFRP composites and carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites. The stress distributions in the blade as well as its material costs for the optimized results were additionally investigated. The optimized thickness was obtained by interacting a sequential quadratic programming (SQP) algorithm and an ABAQUS software to calculate an objective function. It was confirmed that the thickness of UD GFRP increased with a decrease of the restrained tip deflection when a thickness of UD CFRP laminates was constrained to 9 mm. The weight of the optimized spar-cap increased up to 96.2% while the maximum longitudinal tensile stress decreased up to 24.6%. The thickness of UD GFRP laminates increased with a decrease of the thickness of UD CFRP laminates when the tip deflection was constrained to 126.83 mm. The weight increased up to 40.1%, but the material cost decreased up to 16.97%. Finally, the relationships among the weight, internal tensile stress, and material costs were presented based on the optimized thicknesses of the spar cap.
This experimental study was intended to improve the compressive strength of multi-walled CNT reinforced cementitious composites with efficiency. The variables considered are the degree of sonication, the amount of surfactant, the replacement ratio of silica fume, etc. Optical microscope informed that fiber dispersion of CNT was improved with the increase of sonication time, and the compressive strength was proved to be enhanced as the degree of sonication increased. When superplasticizer as a surfactant had SP/CNT ratio of 4~6, the best improvement in strength was obtained. Silica fume was shown to produce the highest compressive strength at 10% replacement. Microstructure of CNT composites was also analyzed; XRD and SEM results indicated that CNT addition hardly changed hydration products and microstructure, and MIP analysis found the reduction of total porosity as well as the increase of nano-pores with the size of tens of nm instead of the decrease of pore distribution in the region of around 10 ${\mu}m$ and 100 nm. The results of microstructure analysis explains that the strength improvement is closely related to physical contribution rather than chemical influence by adding CNT.
Sandwich composites of carbon fiber reinforced plastic(CFRP) and polymer foam will be used to automobile and aerospace industry according to increasing importance of light weight. In this study, mechanical and heat resistance properties of sandwich composites were compared with type of polymer foam (polyethylene terephthalate(PET), polyvinylchloride(PVC), epoxy and polyurethane). All types of polymer foams were degraded to 30, 60, 120, 180 minutes in $180^{\circ}C$. After heat degradation, the polymer foams were observed using optical microscope and compressive test was performed using universal testing machine(UTM). Epoxy foam had the highest compressive property to 2.6 MPa and after thermal degradation, the mechanical property and structure of foam were less changed than others. Epoxy foam had better mechanical properties than other polymer foams under high temperature. Because the epoxy foam was post cured under high temperature. As the results, Epoxy foam was optimal materials to apply to structures that thermal energy was loaded constantly.
Park, Eu-Tteum;Kim, Jeong;Kang, Beom-Soo;Song, Woo-Jin
Composites Research
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v.30
no.2
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pp.158-164
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2017
The fiber metal laminate is a type of hybrid materials laminated thin metallic sheets with fiber reinforced plastic sheets. The laminate has been researched or applied in automotive and aerospace industries due to their outstanding impact absorbing performance in view of light weight aspect. Specially, the replacement of side-impact beam as the fiber reinforced plastic has been researched actively. The objective of this paper is the primitive investigation in the development of side-door impact beam using the fiber metal laminate. First, the three-point bending simulations were conducted to decide the shape of impact beam using the numerical analysis. Next, two cases impact beam (pure DP 980 and fiber metal laminate) were installed in the side-door, and then the bending tests (according to FMVSS 214S) were simulated using the numerical analysis. It is noted that the side-door impact beam can be replaced with the fiber metal laminate sufficiently based on the numerical analysis results.
In recent years, the investigation on the development of fiber reinforced plastic(FRP) Re-Bar has been greatly increased due to the attractive physical and mechanical properties of FRP. The primary reason of such a tendency is in the fact that it does not ordinarily cause durability problems such as those associated with steel reinforcement corrosion. This study is an experimental investigation on the flexural behavior of one-way concrete slabs, which can be used to construct bridge deck, reinforced with GFRP Re-Bar bundle. The tensile tests of GFRP Re-Bar produced by domestic industry and third point bending tests of one-way slab specimens reinforced with GFRP Re-Bar bundle are peformed. For all slab specimens, load-deflection relations are predicted by using the ACI committee 440 and the results are compared with experimental ones. In order to establish the design criteria or guidelines of concrete flexural member reinforced with FRP Re-Bar, it is needed to evaluate the serviceability limit state as well as the strength limit state.
In this study, the flexural test for reinforced high performance fiber reinforced cementitious composites (R/HPFRCC) members has been conducted in order to investigate the flexural behavior including the effect of an ordinary tensile reinforcing bar. Through the test, it was observed that the flexural strength increased due to the stable tensile stress transfer of HPFRCC, even up to the ultimate state. In addition, no localized crack appeared until the yielding of the reinforcement. From the layered section analysis of the tested members, it was found that the analysis with the tensile model obtained from the tension stiffening test showed better agreement with the flexural test results, whereas the analysis with direct tension test results overestimated the flexural capacity. Through the experimental and analytical studies, two flexural failure modes have been defined in this paper; concrete crushing at the top compression layer or tensile failure at the bottom tensile layer of the beam section. Based on these two flexural failure modes, a simple formula that estimates the ultimate flexural strength of the member has been proposed in this paper. The proposed equations can be useful in a design and an analysis of R/HPFRCC members.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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