• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제63권6호
• /
• pp.735-742
• /
• 2017

Steel cables as the most important components are widely used in the certain types of structures such as cable-supported bridges, but the long-span structures may result in an increase in fatigue under high stress and corrosion of steel cables. The traditional steel cable is becoming a more evident hindrance. Fiber Reinforced Polymer (FRP) cables with lightweight, high-strength are widely used in civil engineering, but there is little research in vibrational characteristics of FRP cables, especially on the damping characteristic. This article studied the two methods to evaluate dynamical damping characteristic of basalt FRP(BFRP) and glass FRP(GFRP) cables. First, the vibration tests of the B/G FRP cables with different diameter and different cable force were executed. Second, the cables forces were calculated using dynamic strain, static strain and dynamic acceleration respectively, which were further compared with the measured force. Third, experimental modal damping of each cables was calculated by the half power point method, and was compared with the calculation by Rayleigh damping theory and energy dissipation damping theory. The results indicate that (1) The experimental damping of FRP cables decreases with the increase of cable force, and the trend of experimental damping changes is roughly similar with the theoretical damping. (2) The distribution of modal damping calculated by Rayleigh damping theory is closer to the experimental results, and the damping performance of GFRP cables is better than BFRP cables.

• Smart Structures and Systems
• /
• 제21권4호
• /
• pp.421-433
• /
• 2018

Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) cable has good mechanical properties and corrosion resistance. However, the anchorage of CFRP cable is a big issue due to the anisotropic property of CFRP material. In this article, a high-efficient bonding anchorage with novel configuration is developed for CFRP cables. The acoustic emission (AE) technique is employed to evaluate the performance of anchorage in the fatigue test and post-fatigue ultimate bearing capacity test. The obtained AE signals are analyzed by using a combination of unsupervised K-means clustering and supervised K-nearest neighbor classification (K-NN) for quantifying the performance of the anchorage and damage evolutions. An AE feature vector (including both frequency and energy characteristics of AE signal) for clustering analysis is proposed and the under-sampling approaches are employed to regress the influence of the imbalanced classes distribution in AE dataset for improving clustering quality. The results indicate that four classes exist in AE dataset, which correspond to the shear deformation of potting compound, matrix cracking, fiber-matrix debonding and fiber fracture in CFRP bars. The AE intensity released by the deformation of potting compound is very slight during the whole loading process and no obvious premature damage observed in CFRP bars aroused by anchorage effect at relative low stress level, indicating the anchorage configuration in this study is reliable.

• Advances in nano research
• /
• 제9권1호
• /
• pp.1-13
• /
• 2020

In this work, the electrical potential (EP) technique with an artificial neural networks (ANNs) for monitoring of nanostructures are used for the first time. This study employs an expert system to identify size and localize hidden nano-delamination (N.Del) inside layers of nano-pipe (N.P) manufactured from Basalt Fiber Reinforced Polymer (BFRP) laminate composite by using low-cost monitoring method of electrical potential (EP) technique with an artificial neural networks (ANNs), which are combined to decrease detection effort to discern N.Del location/size inside the N.P layers, with high accuracy, simple and low-cost. The dielectric properties of the N.P material are measured before and after N.Del introduced using arrays of electrical contacts and the variation in capacitance values, capacitance change and node potential distribution are analyzed. Using these changes in electrical potential due to N.Del, a finite element (FE) simulation model for N.Del location/size detection is generated by ANSYS and MATLAB, which are combined to simulate sensor characteristic, therefore, FE analyses are employed to make sets of data for the learning of the ANNs. The method is applied for the N.Del monitoring, to minimize the number of FE analysis in order to keep the cost and save the time of the assessment to a minimum. The FE results are in excellent agreement with an ANN and the experimental results available in the literature, thus validating the accuracy and reliability of the proposed technique.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제16권4호
• /
• pp.501-509
• /
• 2004

제안된 모델은 FRP 구속 콘크리트에 대한 압축거동 예측을 위한 것이다. FRP로 구속된 콘크리트의 모델링을 위하여, 3축 응력상태의 콘크리트 아탄성 구성관계를 제시하였다. FRP 구속에 따른 콘크리트 강도 증진은 3축 응력공간의 파괴기준에 따라 결정되며, 이에 대응하는 최대 압축변형률은 본 연구에서 제안된 변형률 증진계수로부터 결정된다. 따라서, 기존의 모델들이 하중단계에 관계없이 구속조건이 초기부터 파괴까지 일정하게 고려되는 반면에, 제안된 모델은 FRP로 구속된 콘크리트의 구속현상을 하중단계에 의존적인 비선형 관계로 제시하였다. FRP 층은 2차원의 적층된 복합재료의 해석에 기초하여 모델링되었다. 개발된 해석모델은 증분법에 의한 압축거동실험에 대한 해석을 수행할 수 있도록 하였다. FRP로 구속된 콘크리트 실린더의 대한 여러 연구자들의 실험 결과와 본 예측모델을 비교한 결과, 제안된 모델은 축방향 변형 뿐만 아니라 횡방향 변형을 포함하여 FRP 층으로 인한 콘크리트의 구속효과의 증진에 관한 거동 특성들을 잘 예측해 주었다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제23권4호
• /
• pp.405-411
• /
• 2011

철근콘크리트 구조물의 보강에 자주 사용하는 탄소 섬유나 유리 섬유 대신에 이 두 가지 섬유를 동시에 사용하여 하이브리드 효과를 얻기 위한 연구를 시도하였다. 하이브리드 효과를 얻기 위해서는 탄소 섬유와 유리 섬유를 적절한 비율로 조합해야 되며, 이러한 비율로 제작된 실험체를 이용하여 하이브리드 FRP 직접 인장 실험을 수행할 수 있다. 하이브리드 FRP 실험체는 직조된 섬유 시트를 이용하는 현장과 다르게, 섬유를 직접 조합해야 하는 이유로 작업이 쉽지 않다. 따라서 이 연구에서는 고강도 탄소 섬유와 E형 유리 섬유의 조합에 따른 1축 직접 인장 실험체의 제작 방법을 제안하여 실험을 통하여 하이브리드 효과를 분석하였다. 하이브리드 FRP로 가장 적합한 섬유 조합은 연성 지수, 탄성계수 및 응력-변형률 곡선을 비교한 결과 연성 K형 에폭시를 사용한 유리 섬유 : 탄소 섬유 = 9 : 1(체적비)가 가장 적합한 것으로 평가되었다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제19권1호
• /
• pp.67-74
• /
• 2007

FRP 판을 콘크리트 구조물의 거푸집 및 보강재로 이용하기 위한 기본적인 실험을 수행하였다. FRP 판과 콘크리트가 합성 효과를 발휘하기 위해서는 두 재료간의 부착이 중요한 요인 중의 하나이다. 이러한 부착을 확보하기 위하여 FRP 판에 두 가지 크기의 골재를 일반적으로 건설 현장에서 많이 사용하는 에폭시를 이용하여 부착 하였다. 콘크리트 보는 FRP 판만으로 인장 보강하였고 추가적인 휨 및 전단 보강은 하지 않았다. 비교를 위해 한 비교 실험 시편은 FRP 판에 골재를 부착하지 않고, 다른 한 비교 실험 시편은 FRP 판 대신에 종래의 철근으로 보강하여 실험하였다. 모든 콘크리트 보의 실험은 보의 중앙에 집중하중을 파괴까지 재하하였다. 실험 결과는 현행 ACI 318(2005)과 ACI 440(2006)과 비교 분석하였다. 본 연구 결과 FRP 판을 콘크리트 구조물의 거푸집 대용 및 인장 보강재로 충분히 활용할 수 있는 가능성을 보여주었다.

• International Journal of Concrete Structures and Materials
• /
• 제7권1호
• /
• pp.35-50
• /
• 2013

Rapid and effective repair methods are desired to enable quick reopening of damaged bridges after an earthquake occurs, especially for those bridges that are critical for emergency response and other essential functions. This paper presents results of tests conducted as a proof-of-concept in the effectiveness of a proposed method using externally bonded carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites to rapidly repair severely damaged RC columns with different damage conditions. The experimental work included five large-scale severely damaged square RC columns with the same geometry and material properties but with different damage conditions due to different loading combinations of bending, shear, and torsion in the previous tests. Over a three-day period, each column was repaired and retested under the same loading combination as the corresponding original column. Quickset repair mortar was used to replace the removed loose concrete. Without any treatment to damaged reinforcing bars, longitudinal and transverse CFRP sheets were externally bonded to the prepared surface to restore the column strength. Measured data were analyzed to investigate the performance of the repaired columns compared to the corresponding original column responses. It was concluded that the technique can be successful for severely damaged columns with damage to the concrete and transverse reinforcement. For severely damaged columns with damaged longitudinal reinforcement, the technique was found to be successful if the damaged longitudinal reinforcement is able to provide tensile resistance, or if the damage is located at a section where longitudinal CFRP strength can be developed.

• 한국해양공학회지
• /
• 제31권6호
• /
• pp.413-418
• /
• 2017

In the present study, silica-aerogel-polyurethane foams were synthesized to improve the mechanical characteristics and insulation performance of the polyurethane foam applied to a liquefied natural gas carrier at a cryogenic temperature of $-163^{\circ}C$. A silica-aerogel-polyurethane foam bulk was prepared using a homogenizer by varying the weight ratio of the silica aerogel (0, 1, 3, and 5 wt%), while maintaining the contents of the polyol, isocyanate, and blowing agent constant. Compression tests were performed at room and cryogenic temperatures to compare the mechanical properties of the silica-aerogel polyurethane foams. The internal temperature of the universal testing machine was maintained through the cryogenic chamber. The thermal conductivity of the silica-aerogel-polyurethane foam was measured using a heat flow meter to confirm the insulation performance. In addition, the effect of the silica aerogels on the cells of the polyurethane foam was investigated using FE-SEM and FTIR. From the experimental results, the 1 wt% silica aerogel polyurethane foam showed outstanding mechanical and thermal performances.

• Composites Research
• /
• 제24권4호
• /
• pp.11-16
• /
• 2011

극저온 응용에서 사용하는 고분자복합재료의 계면물성 유지가 아주 중요하다. 본 연구에서는 상온과 극저온에서 사용하는 단일 탄소섬유강화 에폭시 복합재료를 마이크로드롭넷 시험과 전기-미세역학시험법을 이용한 계면전단강도와 겉보기 강성도를 평가하였다. 탄소섬유와 저온용 에폭시의 극저온에 따른 기계적 물성변화를 확인하였다. 극저온에서 탄소섬유 인장실험 결과, 상온과 비교하여 강성도는 유지하면서 강도와 연신율이 감소하였다. 이에 비해, 에폭시 기지는 상온보다 극저온에서 강도가 증가되었으나, 연신율이 감소하는 결과를 보여주었다. 이는 탄소섬유에 비해 에폭시 수지내 존재하는 빈 공간이 극저온에서 열적 수축이 최대로 일어나기 때문이다. 계면전단강도는 $-10^{\circ}C$에서 최대를 보인 후에 극저온까지 점차 감소를 보여 주었다. 그러나, 탄소섬유와 YDF-175 에폭시가 극저온에서도 여전히 상온보다 양호한 계면전단강도를 보여주었다. 이 결과는 아주 유용하며 선정된 저온용 에폭시의 인성과 계면접착력이 극저온에서도 유지되기 때문이다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제38권11호
• /
• pp.1239-1243
• /
• 2014

탄소섬유 강화플라스틱은 비강도, 비강성이 크고, 높은 감쇠 특성과 중량감소 측면에서 우수한 특성을 나타낸다. 그러나 탄소섬유 강화플라스틱은 재료의 적층각 또는 적층 순서에 따라 기계적 특성 차이가 크다. 또한 인장과 굽힘과 같은 하중을 받을 때 금속과 달리 파괴 예측이 어렵다. 본 연구에서는 최근 실생활에 밀접한 휴대용 스마트기기에 CFRP 적용을 위한 외부 충격에 정형화, 최적화 설계방식을 제시하고자 한다. CFRP 를 적층각도별 기계적 특성을 얻고자 인장실험을 하였고, 각 적층각도별 체결 특성을 얻고자 판에 탭 가공 후 토크 측정기를 이용하여 풀림 토크와 체결토크를 측정하였다. 위 두 실험에 비교 분석하여 최적의 조건을 찾고자 한다. 인장실험에서 적층각이 Woven 시편에서 강도와 강성 값이 가장 우수하였다. 또한 복합재료에서는 기지와 적층배열 때문에 풀림방지 코팅나사의 효과를 보기 힘들다. [$0_8/+45_2/-45_2/90_8$]s 에서 체결력이 가장 우수했으나, 인장응력이 상대적으로 낮았다. 핸드폰에 적용을 위해 인장 특성과 체결력을 모두 충족하는 최적의 시편은 Woven 이다.