In this paper, a composite maintenance robot using carbon fiber spray method was developed that automatically sprays mixture was created for repair to damaged areas to repair them. To develop a robot, a repair process was developed in which a mixture of milled carbon fiber, epoxy resin, and hardener is sprayed and consolidated on the damaged area. To automate the repair process, an EOAT based on a collaborative robot was developed that can automatically suction and spray the mixture onto the damaged area. To evaluate the repair performance of the robot, 0° and 90° unidirectional specimens were manufactured and tested in accordance with ASTM D3039. Tests were performed on undamaged specimen, damaged specimen, and repaired specimen by a robot after damaged. As a result of the specimen test, the tensile strength of the 0° and 90° specimens was recovered by 10% and 90% after repair. Based on the test results, the repair performance of the developed composite maintenance robot was verified.
Kim, Jong-Hyun;Kwon, Dong-Jun;Shin, Pyeong-Su;Park, Ha-Seung;Baek, Yeong-Min;Park, Joung-Man
Composites Research
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v.31
no.2
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pp.57-62
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2018
Interfacial and mechanical properties of neat and two sizing agents coated glass fiber (GF)/polydicyclopentadiene (p-DCPD) composites were evaluated at room and low temperatures, $25^{\circ}C$ and $-20^{\circ}C$. Sizing agents of GFs were extracted using acetone and compared via FT-IR. Surface energy and work of adhesion between GFs and p-DCPD were calculated by dynamic contact angle measurement. Mechanical properties of different GFs were determined using single fiber tensile test and interfacial properties of single GF reinforced DCPD strip were determined using cyclic loading tensile test. Mechanical properties of GFs/p-DCPD composites at room and low temperatures were determined using tensile, compressive, and Izod impact tests. Interfacial and mechanical properties were different with sizing agents of GFs and the optimized condition of sizing agent was found.
Retention of interfacial shear strength (IFSS) of polymer composites at cryogenic temperature application is very important. In this work, single carbon tiber reinforced epoxy compositc was used to evaluate IFSS and apparent modulus under room and cryogenic temperatures. The property change of carbon and selected epoxy for particularly cryogenic temperature application were tested in tension and compression. Tensile strength and elongation of carbon fiber decreased at cryogenic temperature, whereas tensile modulus was almost same. On the other hand, epoxy matrix showed the increased tensile strength but decreased elongation. It can be due to maximum thermal contraction existing free volume in cryogenic temperature. IFSS increased up to $-10^{\circ}C$ and then decreased steadily. However, IFSS at cryogenic temperature was still similar to that at room temperature. This result is very useful to cryogenic application since selected epoxy toughness and interfacial adhesion can keep at such low temperature.
Metal and polymer sandwich composites, which are made of sheet metal sheath and polymer or fiber reinforced plastic core, have been reconsidered as an alternative to sheet metal due to their lightness and multifunctional properties such as damping and sound-proof properties. For the successful applications of these composites, the delamination prediction based on the adhesion strength is important element. In this study, the numerical simulation of the delamination behavior of polymeric adhesive tapes with metallic surfaces was performed using cohesive zone elements and finite element software. The traction-separation law of the cohesive zone element was defined using the fracture energy derived from peel mechanics and experimental results from peel test and implemented in finite element software. The peel test of the polymeric adhesive film against steel surface was simulated and compared with experiments, demonstrating reasonable agreement between simulation and experiment.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.8
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pp.889-895
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2012
Carbon fiber reinforced plastic (CFRP) composites have high specific stiffness and high specific strength. Therefore, they are increasingly being use, instead of conventional metallic materials in the aviation and automobile industries, where there is a strong demand for lightweight materials. In aircraft, the fuselage is exposed to severe conditions of high temperatures and high humidity. Therefore, it is necessary to estimate the strength of CFRP composites under real conditions from the viewpoint of aircraft safety. In this study, CFRP specimens were immersed in distilled water at $75^{\circ}C$ for a long time. Then, tensile tests were performed on these specimens, and the fracture characteristics of the fractured surfaces were analyzed using SEM. A fatigue test was performed on specimens immersed for 300 days with R=0.1, and it was confirmed that the fatigue life deteriorated in immersed specimens compared to specimens that were not immersed.
Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) composite provides outstanding mechanical capabilities and is therefore popular in the automotive and aerospace industries. Drilling is a common final production technique for composite laminates however, drilling high-strength composite laminates is extremely complex and challenging. The delamination of composites during the drilling at the entry and exit of the hole has a severe impact on the results of the holes surface and the material properties. The major goal of this research is to investigate contemporary industry solutions for drilling CFRP composites: enhanced edge geometries of cutting tools. This study examined the occurrence of delamination at the entry and exit of the hole during the drilling. For each of the 80°, 90°, and 118°point angle uncoated Brad point, Dagger, and Twist solid carbide drills, Taguchi design of experiments were undertaken. Cutting parameters included three variable cutting speeds (100-125-150 m/min) and feed rates (0.1-0.2-0.3 mm/rev). Brad point drills induced less delamination than dagger and twist drills, according to the research, and the best cutting parameters were found to be a combination of maximum cutting speed, minimum feed rate, and low drill point angle (V:150 m/min, f: 0.1 mm/rev, θ: 80°). The feed rate was determined to be the most efficient factor in preventing hole entry and exit delamination using analysis of variance (ANOVA). Regression analysis was used to create first-degree mathematical models for each cutting tool's entrance and exit delamination components. The results of optimization, mathematical modelling, and experimental tests are thought to be reasonably coherent based on the information obtained.
This paper aims at examining the effects of sustained load and elevated temperature on the time-dependent deformation of a carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets bonded to concrete as well as the pull-off strength of single-lap shear specimens after the sustained loading period using digital images. Elevated temperature during the sustained loading period resulted in increased slip of the CFRP composites, whereas increased curing time of the polymer resin prior to the sustained loading period resulted in reduced slip. Pull-off tests conducted after sustained loading period showed that the presence of sustained load resulted in increased pull-off strength and interfacial fracture energy. This beneficial effect decreased with increased creep duration. Based on analysis of digital images, results on strain distributions and fracture surfaces indicated that stress relaxation of the epoxy occurred in the 30 mm closest to the loaded end of the CFRP composites during sustained loading, which increased the pull-off strength provided the failure locus remained mostly in the concrete. For longer sustained loading duration, the failure mode of concrete-CFRP bond region can change from a cohesive failure in the concrete to an interfacial failure along the concrete/epoxy interface, which diminished part of the strength increase due to the stress relaxation of the adhesive.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.29
no.4
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pp.323-330
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2009
The objective of this research was to develop a practical integrated approach using extracted features from electrical resistance measurements and coupled electromechanical models of damage, for in-situ damage detection and sensing in carbon fiber reinforced plastic(CFRP) composites. To achieve this objective, we introduced specific known damage (in terms of type, size, and location) into CFRP laminates and established quantitative relationships with the electrical resistance measurements. For processing of numerous measurement data, an autonomous data acquisition system was devised. We also established a specimen preparation procedure and a method for electrode setup. Coupon and panel CFRP laminate specimens with several known damage were tested. Coupon specimens with various sizes of artificial delaminations obtained by inserting Teflon film were manufactured and the resistance was measured. The measurement results showed that increase of delamination size led to increase of resistance implying that it is possible to sense the existence and size of delamination. A quasi-isotropic panel was manufactured and electrical resistance was measured. Then three different sizes of holes were drilled at a chosen location. The panel was prepared using the established procedures with six electrode connections on each side making a total of twenty-four electrodes. Vertical, horizontal, and diagonal pairs of electrodes were chosen and the resistance was measured. The measurement results showed the possibility of the established measurement system for an in-situ damage detection method for CFRP composite structures.
As the amount of construction wastes increase, reuse of recycled materials is being considered in research areas. While there are many experimental investigations focusing on development of mortar and concrete using the recycled materials, the studies regarding the fiber-reinforced cement composites (FRCCs) using recycled materials are still limited. In this paper, an experimental attempt has been made to investigate the effect of recycled fine aggregates and fly ash on the mechanical properties of PVA FRCCs. The cement and natural sand were respectively replaced by fly ash and recycled fine aggregates at two content levels, 25% and 50%. Ten types of PVA FRCCs mixes were fabricated and tested to investigate the flexural, compressive and direct tensile behaviors. The test results show that flexural, compressive and direct tensile strength were decreased with increase in fly ash content at all ages. In particular, flexural, compressive and direct tensile strengths of specimens, containing 50% recycled fine aggregates and 50% fly ash, showed the lowest values. The modulus of elasticity of specimens showed similar trend to the 28-day compressive strength. Poisson's ratio was increased with increase in fly ash and recycled fine aggregates content.
Kim, Min-Seong;Yang, Hyun-Min;Lee, Han-Seung;Cho, Keun-hee
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.1
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pp.25-32
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2016
The purpose of this study is to evaluate the performance on the compressive bonding shear strength of ultra-high strength steel fiber reinforced cementitous composites(UHSCC). As a result of compressive bonding shear strength through Direct shear test, It was found that the specimen($150{\times}150{\times}150mm$) of NC(Normal concrete) + NC showed similar compressive bonding shear strength at whole experimental level. On the other hand, the specimen of UHSCC + UHSCC showed decrease of compressive bonding shear strength from after 30 minutes of the retarded placement than 0 minute. As a result of analyzing failure mode of bonding interface, It was found that the specimen of NC + NC showed mixed failure at whole experimental level. In case of the specimen of UHSCC + UHSCC, it showed interface failure from the specimen that are 30 minutes, 60 minutes and 90 minutes of delay of concrete placing. As a result of analyzing XRD test in terms of the placement interface on the specimen of NC and UHSCC, relatively much amount of $SiO_2$ was detected from the specimen of UHSCC than that of NC. It is judged that the most of main components of coating film shown in the specimen of UHSCC is $SiO_2$. In conclusion, it is judged that UHSCC which is made from after 30 minutes of delay of concrete placing is unable to be used as structural member because of deterioration of bonding performance. From later study, it is judged that the improvement of bonding performance from the part of cold joint occurrence is necessary through the interface preparation method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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