In the study, investigation of fiber- reinforced composite materials that can be an alternative to conventional steel was performed by finite element analysis with the help of software. Steel and composite materials have been studied on a four axle truck chassis model. Three-dimensional finite element model was created with software, and then analyzes were performed. The analyses were performed for static and dynamic/fatigue cases. Fatigue cases are formed with the help of design spectra model and fatigue analyses were performed as static analyses with this design spectra. First, analyses were performed for steel and after that optimization analyses were made for the AS4-PEEK carbon fiber composite and Eglass-Epoxy fiber composite materials. Optimization of composite material analyzes include determining the total laminate thickness, thickness of each ply, orientation of each ply and ply stacking sequence. Analyzes were made according to macro mechanical properties of composite, micromechanics case has not been considered. Improvements in weight reduction up to %50 provided at the end of the composite optimization analyzes with satisfying stiffness performance of chassis. Fatigue strength of the composite structure depends on various factors such as, fiber orientation, ply thickness, ply stack sequence, fiber ductility, ductility of the matrix, loading angle. Therefore, the accuracy of theoretical calculations and analyzes should be correlated by testing.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.11-18
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1999
Recently advanced countries are now beginning to use ACM (Advanced Composites Material), which is mostly used in the industry of airplane, ship building and sports equipments, in the construction industry. Compared with existing construction materials, ACM possesses many advantages such as light-weight, high-strength, corrosion resistant property. Among other manufacturing process of ACM, pultrusion is one of the promising one of civil engineering application. In this paper, the structural characteristics of pultruded GFRP strip were studied. Major parameters to influence structural behavior of pultruded GFRP are considered to be fiber volume fraction, die temperature, pulling speed and fiber orientations. The effect of these parameters are studied by experimently and analytically. From this study, it is concluded that fiber volume fraction and fiber orientations influence more on the mechanical property of pultruded GFRP. In addition to above parametric study, off-axis tests were carried out and the results are compared with failure theories. It showed that they agree well each other. Since this study is carried out in limited scope, further research on the reinforcement in the transverse direction, experiment on the compressive strength and research on the durability should be conducted for wide application of pultruded GFRP sections.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.3
no.2
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pp.199-204
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1999
A recent application of advanced composite materials, primarily fiber-reinforced plastic (FRP) composites, in structures is the reinforcement of conventional structural materials, such as concrete and glued-laminated timber (glulam), to increase their performance. In particular, the construction of large-scale glulam structures usually requires members with large depths and to significantly increase the stiffness and strength of glulam, the members can be reinforced with FRP at top and bottom surfaces. In this paper, glulam beams reinforced with GFRP strip are tested under 2-point bending and results are compared with numerical solution using layer-wise beam theory.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.4
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pp.602-609
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2001
This paper is concerned with the orthotropic problem of diaphragm-type air springs which consist of rubber linings, nylon reinforced rubber composite and bead ring. The analysis is carried out with a finite element method developed to consider the orthotropic properties, geometric nonlinearity using four-node degenerated shell element with reduced integration. Physical stabilization scheme is used to control the zeroenergy mode of the element. The analysis includes an inflation analysis and a lateral analysis of an air spring for the deformed shape and the spring load with respect to the vertical and l ateral deflection. Numerical results demonstrate the variation of the outer diameter, the fold height, the vertical force and the lateral force with respect to the inflation pressure and the lateral deflection.
This paper is concerned with the orthotropic problem of diaphragm-type air springs which consist of rubber linings, nylon reinforced rubber composite and bead ring. The analysis is carried out with a finite element method developed to consider the orthotropic properties, geometric nonlinearity using four-node degenerated shell element with reduced integration. Physical stabilization scheme is used to control the zero-energy modes of the element. An inflation analysis and a lateral deformation analysis of an air spring are carried out. Numerical analysis results demonstrate the variation of the outer diameter, the fold height, the vertical force and the lateral force.
Effect of graphite powder addition on the mechanical properties of carbon fiber reinforced carbon composites (C/C composites) was investigated. Greenbody (G/B) with 0~30wt.% graphite powder addition to phenol resin was prepared and carbonized at $1000^{\circ}C$ to make C/C composites. Flexural strengths of 20wt.% graphite powder additions showed maximum values in the both case of G/B and C/C composites. But, at the graphite addition over 20wt.%, there was negative effect due to the matrix inhomogeneity. Flexural strength of cured resin without graphite Powder was higher than that with graphite. However, flexural strength of carbonized resin with graphite increased three times as much as that of carbonized resin without graphite. Because the addition of graphite powder effects the restraint of shrinkage after carbonization and the deflection of crack path. In Mode II ENF test, energy release rates($G_{II}$) of G/B and C/C composites with the 20w1.% addition of graphite were both increased. But, the addition of graphite was more effective to the increase of $G_{II}$ in C/C composites than that in G/B.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.11
no.2
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pp.130-137
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2023
This study analyzed the effect of mixing order on the flowability, compressive strength, and flexural strength of cement composites reinforced with polyvinyl alcohol(PVA) fibers and multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs). The experimental results showed that the addition of CNTs significantly reduced the flowability, and the flowability was considerably affected by the mixing order when CNTs were added. The compressive strength was most effectively improved when water and CNTs solution were mixed first before adding PVA fibers, and the flexural strength was highest when water and CNTs solution were mixed with PVA fibers after dry mixing. However, there was no clear correlation between the flexural toughness and the mixing order. In addition, scanning electron microscopy(SEM) image analysis was conducted to analyze the microstructure. The SEM images showed that CNTs were randomly dispersed through the specimens and contributed to the strength improvement, but the effect of the mixing order was not clearly observed. The main results of this study are expected to be useful for evaluations of workability and material performance of PVA fiber-reinforced cement composites with CNTs.
Li, Ling;Lee, Jin Young;Min, Kyung Hwan;Yoon, Young Soo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.1
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pp.37-45
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2013
In this study, the resistance of various reinforced concrete (RC) slabs subjected to contact detonation was assessed. In order to enhance the blast resistance, fibers and external FRP sheets were reinforced to RC slabs. In the experiment, the $2,000{\times}1,000{\times}100mm$ sized RC slabs were fabricated using normal concrete (NC), steel fiber reinforced concrete (SFRC), polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composite (PVA FRCC), and ultra-high performance cementitious composites (UHPCC). The damage levels of RC slabs subjected to contact detonation were evaluated by measuring the diameter and depth of crater, spall and breach. The experimental results were compared to the analyzed data using LS-DYNA program and three different prediction equations. The diameter and depth of crater, spall and breach were able to be predicted using LS-DYNA program approximately. The damage process of RC slabs under blast load was also well expressed. Three prediction equations suggested by other researchers had limitations to apply in terms of empirical approaches, therefore it needs further research to set more analytical considerations.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.3
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pp.93-100
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2008
The use of fiber reinforced polymer (FRP) composites is significantly growing in construction and infrastructure applications where durability under harsh environmental conditions is of great concern. In order to examine the applicability of FRP rebar as a reinforcement in flexural member, flexural tests were conducted. 12 beams with different FRP materials such as CFRP, GFRP and Hybrid FRP and reinforcement ratio were tested and analyzed in terms of failure mode, moment-deflection, flexural capacity, ductility index and sectional strain distribution. The test results were also compared with the theoretical model represented in ACI 440.1R06. Test results indicate that the flexural capacity of the beams reinforced by FRP bars can be accurately predicted using the ultimate design theory. They also show that the current ACI model for computing the deflection overestimates the actual deflection of GFRP series and underestimates the deflection of CFRP series.
Carbon fiber reinforced plastic (CFRP), one of lightweight materials, is the fiber structure using carbon fiber. It is the composite material that has the characteristics of carbon and plastic. As for the fiber structure, it has the great strength due to fiber direction. CFRP for woven type is used mostly as such a CFRP with lightweight. Woven type is more stable when compared with unidirectional type. On the other hand, woven type is highly priced. Therefore, this study aims to analyze the fiber structure of unidirectional CFRP. In this study, as the stacking angle [0/X/-X/0], X is the variable. This is unidirectional CFRP in which the angle phase of X has been reversed and stacked. By using such a unidirectional CFRP, the analysis model which had a crack at the center as the form of panel with the thickness of 2 mm was used. On analysis, the load is applied on the upper and lower parts being connected with a pin. The damage in the area near center crack was investigated. As for the analysis model, 3D surface model was designed by using CATIA. For CFRP stacking, the stacking direction was determined by using ACP in ANSYS program and the analysis model with two stacks was made. Afterwards, the structural analysis was carried out.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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