This paper introduces a new efficient analytical method, based on shear deformations obtained with 2D elasticity theory approach, to perform an explicit closed-form solution for calculation the interfacial shear and normal stresses in plated RC beam. The materials of plate, necessary for the reinforcement of the beam, are in general made with fiber reinforced polymers (Carbon or Glass) or steel. The experimental tests showed that at the ends of the plate, high shear and normal stresses are developed, consequently a debonding phenomenon at this position produce a sudden failure of the soffit plate. The interfacial stresses play a significant role in understanding this premature debonding failure of such repaired structures. In order to efficiently model the calculation of the interfacial stresses we have integrated the effect of shear deformations using the equilibrium equations of the elasticity. The approach of this method includes stress-strain and strain-displacement relationships for the adhesive and adherends. The use of the stresses continuity conditions at interfaces between the adhesive and adherents, results pair of second-order and fourth-order coupled ordinary differential equations. The analytical solution for this coupled differential equations give new explicit closed-form solution including shear deformations effects. This new solution is indented for applications of all plated beam. Finally, numerical results obtained with this method are in agreement of the existing solutions and the experimental results.
At the engineering and industrial areas, the lightweight composite material has been substituted with the metals, such as steel at the structural parts. This composite material has been applied by the adhesive bonding method, as well as the joint methods with rivets, welds or bolts and nuts. The study on the strength characteristics of adhesive interface is necessarily required in order to apply the method to composite materials. CFRP specimens as the fiber reinforced plastic composites were manufactured easily and this study was carried out. The static experiments were performed under the loading conditions of in-plane and out-plane shears with the inhomogeneous composite TDCB specimens with CFRP, aluminum (Al6061), and aluminum foam (Al-foam). Through the result of this study, the durability on the inhomogeneous composite structure with adhesive interface was investigated by examining the fracture characteristic and the point in time.
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.
Young Cheol Kim;Geunsu Joo;Jisang Park;Woo-Kyoung Lee;Min-Gyu Kang;Ji Hoon Kim
Journal of Wind Energy
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v.14
no.3
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pp.83-90
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2023
The purpose of this study is to evaluate the inter-laminar fracture toughness characteristics of CFRP pultrusion spar cap materials reinforced with non-woven glass fabric. Test specimens were fabricated by the infusion technique. A non-woven glass fabric and artificial defects were embedded on the middle surface between two pultruded CFRP panels. Double cantilever beam (DCB) and End Notched Flexure (ENF) tests were performed according to ASTM standards. Fracture toughness and crack propagation characteristics were evaluated with load-displacement curves and delamination resistance curves (R-Curve). The fracture toughness results were calculated by compliance calibration (CC) method. The initiation and propagation values of Mode-I critical strain energy release rate value GIc were 1.357 kJ/m2 and 1.397 kJ/m2, respectively, and Mode-II critical strain energy release rate values GIIc were 4.053 kJ/m2 for non-precracked test and 4.547 kJ/m2 for precracked test. It was found that the fracture toughness properties of the CFRP pultrusion spar-cap are influenced by the interface between the layers of CFRP and glass fiber non-woven.
In this work, the electroplating of copper was introduced on PAN-based carbon fibers for the enhancement of mechanical interfacial strength of carbon fibers-reinforced composites. The surface properties of carbon fibers were determined by scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), and contact angle measurements. Its mechanical interfacial properties of the composites were studied by interlaminar shear strength (ILSS) and critical stress intensity factor ($K_{IC}$). From the results, it was found that the mechanical interfacial properties of Cu-plated carbon fibers-reinforced composites (Cu-CFRPs) enhanced with increasing the Cu plating time, Cu content and COOH group up to Cu-CFRP-30. However, the mechanical interfacial properties of the Cu-CFRPs decreased dramatically in the excessively Cu-plated CFRPs sample. In conclusion, the presence of Cu particles on carbon fiber surfaces can be a key factor to determine the mechanical interfacial properties of the Cu-CFRPs, but the excessive Cu content can lead the failure due to the interfacial separation between fibers and matrices in this system.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.1
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pp.171-178
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2019
Fiber-reinforced polymer (FRP) composites have proved to be reliable as strengthening materials. Most of existing studies used single types of FRP composites. Therefore, in this experimental study, carbon FRP sheet, aramid FRP sheet, and hybrid FRP plate including glass fibers were fabricated, and the effect of pre-stressed FRP composites on flexural strengthening of reinforced concrete (RC) beams was investigated. In total, eight RC beam specimens were fabricated, including one control beam (specimen N) without FRP composites and seven FRP-strengthened beams. The main parameters were type of FRP composite, the number of anchors used for pre-stressing, and thickness of FRP plates. As a result, the beam strengthened with pre-stressed FRP plate showed superior performance to the non-strengthened one in terms of initial strength, strength and stiffness at yielding, and ultimate strength. As the number of anchors and thickness of FRP plate (i.e., amount of FRP plates) increased, the strengthening effect increased as well. When hybrid FRP plates were pre-stressed, the strengthening effect was higher in comparison with pre-stressed single type FRP plate.
In this work, carbon fibers were electrolessly Ni-plated in order to investigate the effect of metal plating on the electromagnetic shielding effectiveness (EMI-SE) of Ni-coated carbon fibers-reinforced epoxy matrix composites. The surfaces of carbon fibers were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Electric resistance of the composites was tested using a 4-point-probe electric resistivity tester. The EMI-SE of the composites was evaluated by means of the reflection and adsorption methods. From the results, it was found that the EMI-SE of the composites enhanced with increasing Ni plating time and content. In high frequency region, the EMI-SE didn't show further increasing with high Ni content (Ni-CF 10 min) compared to the Ni-CF 5 min sample. In conclusion, Ni content on the carbon fibers can be a key factor to determine the EMI-SE of the composites, but there can be an optimized metal content at a specific electromagnetic frequency region in this system.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.5
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pp.179-186
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2006
In this study, Multi-Layer Perceptron(MLP) among models of Artificial Neural Network(ANN) is used for the development of a model that evaluates the bending capacities of reinforced concrete beams strengthened by FRP Rebar. And the data of the existing researches are used for materials of ANN model. As the independent variables of input layer, main components of bending capacities, width, effective depth, compressive strength, reinforcing ratio of FRP, balanced steel ratio of FRP are used. And the moment performance measured in the experiment is used as the dependent variable of output layer. The developed model of ANN could be applied by GFRP, CFRP and AFRP Rebar and the model is verified by using the documents of other previous researchers. As the result of the ANN model presumption, comparatively precise presumption values are achieved to presume its bending capacities at the model of ANN(0.05), while observing remarkable errors in the model of ANN(0.1). From the verification of the ANN model, it is identified that the presumption values comparatively correspond to the given data ones of the experiment. In addition, from the Sensitivity Analysis of evaluation variables of bending performance, effective depth has the highest influence, followed by steel ratio of FRP, balanced steel ratio, compressive strength and width in order.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.19
no.6
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pp.674-680
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2013
As the range of marine leisure activity gradually expands to ocean-going, a habitable cruise boat has been getting the limelight. Advanced countries in the marine leisure industry in Europe and North America have already secured their competitiveness in designing and building cruise boats by elegant design, ergonomic structure and fuel efficiency through the adoption of light-weight hull materials. In contrast, mostly small power boats are developed and built in Korea, and GFRP take up the most of hull materials. This study inquired into the design and characteristics of a 50ft-class CFRP that ocean-going is possible. The hull-form of the CFRP cruise boast were analyzed to propose a hull form for the designed ship (MMU-C.B), and based on that, the design model of the MMU-C.B was built. Finally, the MMU-C.B's characteristics of the resistance performance and hull-planing were found by comparative reviews with the results of model tests of GFRP pleasure yachts.
In this paper, a single lap shear test was performed using a glass fiber reinforced composite material (GFRC). Pencil lead drawn paper sensor (PLDPS) was applied for single lap shear test being performed. Bisphenol-A epoxy and amine hardener were used as adhesives combining with composite materials. To make a difference in adhesive properties, the adhesive was cured under different conditions. PLDPS was made of a 4B pencil on A4 paper. Because graphite in a pencil was an electrically conductive substance, electric resistance (ER) could be measured. A change in ER was observed by a position where a PLDPS was attached to single lap shear specimens. It was confirmed that the change in ER was different depending on two attached positions and was observed by lap shear strain as well. In case the lap shear strain was large, the change in ER of PLDPS was high. This was because the larger the extension of the adhesive part, the larger the degree of bending of the specimen and thus the larger the distance change between two electrodes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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