Recently, fiber-reinforced plastic(FRP) wraps are blown as an effective material for the enhancement and rehabilitation of aged concrete structures. The purpose of this investigation is to experimentally investigate behavior of concrete cylinder wrapped with FRP materials. Experimental parameters include compressive strength of concrete cylinder, FRP material, and confinement ratio. This paper presents the results of experimental studies on the performance of concrete cylinder specimens externally wrapped with aramid, carbon and glass fiber reinforced Polymer sheets. Test specimens were loaded in uniaxial compression. Axial load, axial and lateral strains were investigated to evaluate the stress-strain behavior, ultimate strength ultimate strain etc. Test results showed that the concrete strength and confinement ratio, defined as the ratio of transverse confinement stress and transverse strain were the most influential factors affecting the stress-strain behavior of confined concrete. More FRP layers showed the better confinement by increasing the compressive strength of test cylinders. In case of test cylinders with higher compressive strength, FRP wraps increased the compressive strength but decreased the compressive sham of concrete test cylinders, that resulted in prominent brittle failure mode. The failure of confined concrete was induced by the rupture of FRP material at the stain, being much smaller than the ultimate strain of FRP material.
Fiber metal hybrid laminate (FML) can be used as an economic material with superior mechanical properties and light weight than conventional metal by bonding of metal and FRP. However, there are disadvantages that it is difficult to predict fracture behavior because of the large difference in properties depending on the type of fiber and lamination conditions. In this paper, we study the failure behavior of hybrid materials with laminated glass fiber reinforced plastics (GFRP, GEP118, woven type) in Al6061-T6 alloy. The Al alloys were coated with GFRP 1, 3, and 5 layers, and fracture behavior was analyzed by using a static test and a low cycle fatigue test. In the low cycle fatigue test, strain - life analysis and the total strain energy density method were used to analyze and predict the fatigue life. The Al alloy did not have tensile properties strengthening effect due to the GFRP coating. The fatigue hysteresis geometry followed the behavior of the Al alloy, the base material, regardless of the GFRP coating and number of coatings. As a result of the low cycle fatigue test, the fatigue strength was increased by the coating of GFRP, but it did not increase proportionally with the number of GFRP layers.
This study was carried out to investigate whether adhesive used in manufacturing glulam can be used to bond wood and GFRP, when considering working process and economical efficiency. The six different glulams were manufactured, changing the adhesives and the mixing ratios of the adhesives, and investigated by the block shear test and the delamination of the water soaking or boiling water soaking. The three glulams were manufactured, using the resocinol resin based adhesive, the PVAc resin based adhesive and the epoxy resin adhesive, and the other three glulams, using the adhesives mixing resocinol resin and PVAc resin. The block shear strength is higher than $7.1N/mm^2$ in all types, which is standard of KS F3021. However, in the wood failure the block shear strength was the highest as 65.9% in the PVAc. The delamination of glulams glued with PVAc adhesive, which was 1.08% in water soaking and 4.16% in boiling water soaking, was lower than 5.00% which is the standard of KS F 3021, and the adhesive strength is good. In glulams glued with only resocinol resin adhesive, the wood layers were good as 1.26% in the water soaking delamination and 0.00% in the boiling water soaking delamination. The GFRP layers were not good as 21.85% in the water soaking delamination but were good as 1.45% in the boiling water soaking delamination.
To examine the mechanical and combustion characteristics of FRTP, either polycarbonate or nylon were used as a matrix, and either glass fiber or carbon fiber were used as the fiber reinforcement. The fiber reinforcement content was differentiated at 0~40 wt%. The tensile strength and heat distortion temperature increased with increasing reinforcement content. When the fiber reinforcement content was above 30 wt%, the flammability rating showed V-0. As the fiber reinforcement content increased from 0 to 40 wt%, the peak heat release rate of polycarbonate decreased by approximately 51% and that of nylon decreased by approximately 24%. The rate of CO generation decreased for a period of time, and then increased. This appears to have resulted from incomplete combustion. The rate of CO2 generation shows a similar tendency with the heat release rate. As fiber reinforcement content levels increased from 0 to 40 wt%, the CO2 peak rate of polycarbonate generation decreased by approximately 50% and that of nylon decreased by 28%.
Longitudinal strains (${\varepsilon}_x$) of the core and skin layers in glass fiber reinforced plastic (GFRP) cross-ply composite laminates have been measured using the embedded optical fiber sensor of absolute extrinsic Fabry-Perot interferometer (A-EFPI). Transmission optical microscopy was used to investigate the damage behavior around the A-EFPI sensor. Foil-type strain gauges bonded on both the upper and lower surfaces were used for the measurement of the surface strains. It was shown that values of ${\varepsilon}_x$ in the interior of the skin layer and the core layer measured by embedded A-EFPI sensor were significantly higher than that of the specimen surface measured by strain gauges. The experimental results agreed well with those from finite element analysis on the basis of uniform stress model. Large strains in the core layer led to the occurrence of many transverse cracks which drastically reduced the strain at failure of optical fiber sensor embedded in the core layer.
This paper presents an investigation into the seismic response characteristics of a proposed ligh-weight pedestrian cable-stayed bridge made entirely from Glass Fiber Reinforced Plastics(GFRP). The study employs three dimensional finite element models to study and compare the dynamic characteristics and the seismic response of the GFRP bridge to a conventional Steel-Concrete (SC) cable-stayed bridge alternative. The two bridges were subjected to three synthetic earthquakes that differ in the frequency content characteristics. The performance of the GFRP bridge was compared to that of the SC bridge by normalizing the live load and the seismic internal forces with respect to the dead load internal forces. The normalized seismically induced internal forces were compared to the normalized live load internal forces for each design alternative. The study shows that the design alternatives have different dynamic characteristics. The light GFRP alternative has more flexible deck motion in the lateral direction than the heavier SC alternative. While the SC alternative has more vertical deck modes than the GFRP alternative, it has less lateral deck modes than the GFRP alternative in the studied frequency range. The GFRP towers are more flexible in the lateral direction than the SC towers. The GFRP bridge tower attracted less normalized base shear force than the SC bridge towers. However, earthquakes, with peak acceleration of only 0.1 g, and with a variety of frequency content could induce high enough seismic internal forces at the tower bases of the GFRP cable-stayed bridge to govern the structural design of such bridge. Careful seismic analysis, design, and detailing of the tower connections are required to achieve satisfactory seismic performance of GFRP long span bridges.
Previous researches showed that confined concrete with Fiber-Reinforced Plastic (FRP) sheets significantly improves the strength and ductility of concrete compared with unconfined concrete. However, the retrofit design of concrete with FRP materials requires an accurate estimate of the performance enhancement due to the confinement mechanism. The object of this research is to predict the compressive strength and strain of concrete confined with FRP wraps. For the purpose of this research, 102 test specimens were fabricated and loaded statically under uniaxial compression. Axial load, axial and lateral strains were investigated to predict the ultimate stress and strain. Also, to achieve reliability of proposed strength and strain models for FRP-confined concrete, another series of uniaxial compression test results were used. This paper presents strength and strain models for FRP-confined concrete. The proposed models to estimate the ultimate stresses and failure strains produce satisfactory predictions as compared to current design equations. In conclusion, it is proposed that the modified stress-strain model of concrete cylinders could be effectively used for the repair and retrofit of concrete columns.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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제34권2호
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pp.110-114
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2021
In this study, we fabricated light-weight solar module for various applications such as building integrated photovoltaics (BIPV), vehicles, trains, etc. Ethylene tetra fluoro ethylene (ETFE) film was applied as a material to replace the cover glass, which occupies more than 65% of the weight of the PV module. Glass fiber reinforced plastic (GRP) was applied to the ones with a low durability by replacing the cover glass to ETFE. Moreover, to achieve a high solar power conversion in this study, we applied a shingled design to weight reduced solar modules. The shingled module with GRP shows 183.7 W of solar-to-power conversion, and the output reduction rate after weight load test was 1.14%.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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제28권7호
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pp.1222-1230
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2022
The rotor blade is an important component of a tidal stream turbine and is affected by a large thrust force and load due to the high density of seawater. Therefore, the performance must be secured through the geometrical and structural design of the blade and the blade structural safety to which the composite material is applied. In this study, a 1 MW class large turbine blade was designed using the blade element momentum (BEM) theory. GFRP is a fiber-reinforced plastic used for turbine blade materials. A sandwich structure was applied with CFRP to lay-up the blade cross-section. In addition, to evaluate structural safety according to flow variations, static load analysis within the linear elasticity range was performed using the fluid-structure interactive (FSI) method. Structural safety was evaluated by analyzing tip deflection, strain, and failure index of the blade due to bending moment. As a result, Model-B was able to reduce blade tip deflection and weight. In addition, safety could be secured by indicating that the failure index, inverse reserve factor (IRF), was 1 or less in all load ranges excluding 3.0*Vr of Model-A. In the future, structural safety will be evaluated by applying various failure theories and redesigning the laminated pattern as well as the change of blade material.
The purpose of this study was to establish a numerical model of polyurethane foam (PUF) to simulate the dynamic response and strength of membrane-type Liquefied natural gas (LNG) Cargo containment system (CCS) under the impact load. To do this, initially, the visco-plastic behavior of PUF was characterized by testing the response of the PUF to the impact loads with various strain rates as well as PUF densities at room temperature and at cryogenic conditions. A PUF material model was established using the test results of the material and the FE analysis. To verify the validation of the established material model, simulations were performed for experimental applications, e.g., the dry drop test, and the results of FEA were compared to the experimental results. Based on this comparison, it was found that the dynamic response of PUF in dry drop tests, such as the reaction force and fracture behaviors, could be simulated successfully by the material model proposed in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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