Upgrading or strengthening of existing reinforced concrete (RC) infrastructure is an emerging demand nowadays. Near Surface Mounted (NSM) technique is very promising approach for flexural strengthening of RC members. However, premature failure such as concrete cover separation failure have been a main concern in utilizing this technique. In this study, U-wrap end anchorage with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) fabrics is proposed to eliminate the concrete cover separation failure. Experimental programs were conducted to the consequence of U-wrap end anchorage on the flexurally strengthened RC beams with NSM-steel. A total of eight RC rectangular beam specimens were tested. One specimen was kept unstrengthened as a reference; three specimens were strengthened with NSM-steel bars and the remaining four specimens were strengthened with NSM-steel bars and U-wrap end anchorage using CFRP fabrics. A 3D non-linear finite element model (FEM) was developed to simulate the flexural response of the tested specimens. It is revealed that NSM-steel (with and without end-anchors) significantly improved the flexural strength; moreover decreased deflection and strains compared with reference specimen. Furthermore, NSM-steel with end anchorage strengthened specimens revealed the greater flexural strength and improve failure modes (premature to flexure) compared with the NSM-steel without end anchorage specimens. The results also ensured that the U-wrap end anchorage completely eliminate the concrete cover separation failure.
Currently, fluid transfer steel pipes take a lot of time and expense to maintain all facilities due to new construction and painting or corrosion and aging. Therefore, this study was conducted for designing a CFRP pipe structure with high corrosion resistance and chemical resistance as a substitute for steel pipes. The helical/hoop pattern was cross-laminated to improve durability, and HNT was added to suppress the moisture absorption phenomenon of the epoxy. The HNT/CFRP pipe was manufactured by a filament winding process, and performed a mechanical property test, and a moisture absorption test in distilled water at 70℃. As a result, the highest bending strength was obtained when the hoop pattern was laminated with a thickness equivalent to 0.6% of the pipe. The 0.5 wt% HNT specimen had the highest moisture absorption resistance. Also, the delamination phenomenon at the interlayer interface was delayed, resulting in the lowest strength reduction rate.
Engineered Cementitious Composite (ECC) is a special class of the new generation of high performance fiber reinforced cementitious composites (HPFRCC) featuring high ductility with relatively low fiber content. In this research, the mechanical performance of ECC beams will be investigated with respect to the effect of slag and aggregate size and amount, by employing nonlinear finite element method. The validity of the models was verified with the experimental results of the ECC beams under monotonic loading. Based on the numerical analysis method, nonlinear parametric study was then conducted to evaluate the influence of the ECC aggregate content (AC), ECC compressive strength ($f_{ECC}$), maximum aggregate size ($D_{max}$) and slag amount (${\phi}$) parameters on the flexural stress, deflection, load and strain of ECC beams. The simulation results indicated that when increase the slag and aggregate size and content no definite trend in flexural strength is observed and the ductility of ECC is negatively influenced by the increase of slag and aggregate size and content. Also, the ECC beams revealed enhancement in terms of flexural stress, strain, and midspan deflection when compared with the reference beam (microsilica MSC), where, the average improvement percentage of the specimens were 61.55%, 725%, and 879%, respectively. These results are quite similar to that of the experimental results, which provides that the finite element model is in accordance with the desirable flexural behaviour of the ECC beams. Furthermore, the proposed models can be used to predict the flexural behaviour of ECC beams with great accuracy.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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제21권3호
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pp.269-276
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2001
Ultrasonic testing of composite materials is much more difficult than that of isotropic materials, because of the beam skew phenomenon caused by their elastic anisotropy. An established analytical method exists for elastic wave propagation in anisotropic media as a result of previous research efforts. Yet, due to the complexity of the analytical method, solution of real problems must resort to the numerical method. In this work, analytical solutions have first been obtained for the wavefield due to a point source in a unidirectional fiber-reinforced composite, which may be modeled as transversely isotropic. Then, the corresponding numerical solutions have been obtained using the mass-spring lattice model(MSLM). The two solutions have agreed well with each other. Other problems such as reflection from free boundaries and scattering from cracks have also been solved numerically, and the results have been investigated from the viewpoint of wave mechanics. The numerical model whose validity has been confirmed by this work will be of great use in simulating ultrasonic testing of composite materials.
Jin, Jeong-Eon;Choi, Jeong-Il;Park, Se-Eon;Lee, Bang Yeon
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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제10권3호
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pp.243-251
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2022
The purpose of this study is to investigate experimentally the effect of polyethylene fibers with different tensile strength and aspect ratio on the properties of cementless composite. Three types of mixtures according to the types of polyethylene fibers and water-to-binder ratio were prepared and density, compressive strength and tension tests were performed. Test results showed that the mixture reinforced by polyethylene fiber with a low tensile strength by 10 % and a high aspect ratio by 8.3 % had a high tensile strain capacity by 11.7 %, a high toughness by 12.4 %, and a low crack width by 9.1 %. It was also observed that high tensile strain capacity and better cracking pattern could be achieved by increasing the water-to-binder ratio of composite although its strength is low.
Composite structures have components and joints. Theses connections or joints can be potentially weak points in the structure. The failure mode of the composite bolted joint is designed as a bearing failure mode for structural safety. The load-displacement relation exhibits bearing failure mode shows a nonlinear behavior after the initial failure and progressive failure behavior. In order to accurately predict the failure behavior of composite bolted joints, this study modified the shear damage variable calculation process in the existing progressive failure analysis model. The results of the bearing stress-bearing strain of the composite bolted joint were predicted using the modified progressive failure analysis model, and the modified model was verified through comparison with the previous progressive analysis model.
This paper summarizes the design procedure and constructibility of an ECC (Engineered Cementitious Composite), which is a synthetic fiber-reinforced composite produced with the Portland cement-based mortar matrix. This study employs a stepwise method to develop useful ECC in construction field, which possesses different fluid properties to facilitate diverse types of processing (i.e., self-consolidating or spray processing). To control the rheological properties of the composite, the aggregates and reinforcing fibers were initially selected based on micromechanical analysis and steady-state cracking theory. The stability and consequent viscosity of the suspensions were then mediated by optimizing the dosage of the chemical and mineral admixtures. The rheological properties altered through this approach were revealed to be effective in obtaining ECC-hardened properties, represented by pseudo strain-hardening behavior in uniaxial tension, allowing the readily achievement of the desired function of the fresh ECC.
Chae, Yeon-Hwa;Moon, Heung Soo;Kim, Seyoung;Woo, Sang Kuk;Park, Ji-Yeon;Lee, Kee Sung
Composites Research
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제30권2호
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pp.84-93
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2017
This study investigates thermal and mechanical characterization of environmental barrier coating on the $SiC_f-SiC$ composites. The spherical environmental barrier coating (EBC) powders are prepared using a spray drying process for flowing easily during coating process. The powders consisting of mullite and 12 wt% of Ytterbium silicate are air plasma sprayed on the Si bondcoat on the LSI SiC fiber reinforced SiC composite substrate for protecting the composites from oxidation and water vapor reaction. We vary the process parameter of spray distance during air plasma spray of powders, 100, 120 and 140 mm. After that, we performed the thermal durability tests by thermal annealing test at $1100^{\circ}C$ for 100hr and thermal shock test from $1200^{\circ}C$ for 3000 cycles. As a result, the interface delamination of EBC never occur during thermal durability tests while stable cracks are prominent on the coating layer. The crack density and crack length depend on the spray distance during coating. The post indentation test indicates thermal tests influence on the indentation load-displacement mechanical behavior.
Yoon, Sung-Ho;Hwang, Young-Eun;Kim, Jung-Seok;Yoon, Hyuk-Jin;Kessler, Michael R.
Journal of the Korean Society for Railway
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제11권4호
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pp.357-363
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2008
This study investigates the durability of carbon/epoxy composites for use on train car bodies under a salt water spray environment. Salt water solution with 5% NaCl, similar to natural salt water, was used for the salt water environmental tests. The specimens were obtained from a composite panel consisting of an epoxy matrix reinforced with T700 carbon fabric. The specimens were exposed to the salt water environment for up to 12 months. Mechanical tests were performed to obtain tensile properties, flexural properties, and shear properties. Dynamic mechanical analysis was used to measure such thermal properties as storage modulus, loss modulus, and tan $\delta$. Also FT/IR tests were conducted to investigate changes in chemical structure with exposure. The results revealed that fiber-dominated mechanical properties were not affected much by exposure time, but matrix-dominated mechanical properties decreased with increasing exposure time. Storage modulus was not very sensitive to exposure time, but glass transition temperature was affected, slightly decreasing with increasing exposure time. Although the peak intensity of FT/IR curves was affected slightly by exposure time, the peak shape and peak location of FT/IR curves were not noticeably changed. Carbon/epoxy composites used for this study were relatively stable to the salt water environment.
Yong-Jun Cho;Jae-An Jeon;Kinal Kim;Po-Lun Feng;Steven Nutt;Sang-Eui Lee
Composites Research
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제36권3호
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pp.199-204
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2023
A combination of a metallic mesh and an adhesive layer of metallic particle/epoxy composite was introduced as an intermediate layer to enhance the adhesion between cold-sprayed particles and fiber-reinforced composites (FRCs). Aluminum was considered for both the metallic particles in the adhesive and the metallic mesh. To predict the mechanical characteristics of the intermediate bond layer under a high strain rate, the properties of the adhesive layer needed to be calculated or measured. Therefore, in this study, the Al particle/epoxy adhesive was homogenized by using a rule of mixture. To verify the homogenization, the penetration depth, and the thickness decrease after the cold spray deposition from the undeformed surface, was monitored with FE analysis and compared with experimental observation. The comparison displayed that the penetration depth was comparable to the diameters of one cold spray particle, and thus the homogenization approach can be reasonable for the prediction of the stress level of particulate polymer composite interlayer under a high strain rate for cold spray processing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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