One of the major problems in glass fiber reinforced epoxy (GFRE) composite pipes is the durability under water absorption. This condition is generally recognized to cause degradations in strength and mechanical properties. Therefore, there is a need for an intelligent system for detecting the absorption rate and computing the mass of water absorption (M%) as a function of absorption time (t). The present work represents a new non-destructive evaluation (NDE) technique for detecting the water absorption rate by evaluating the dielectric properties of glass fiber and epoxy resin composite pipes subjected to internal hydrostatic pressure at room temperature. The variation in the dielectric signatures is employed to design an electrical capacitance sensor (ECS) with high sensitivity to detect such defects. ECS consists of twelve electrodes mounted on the outer surface of the pipe. Radius-electrode ratio is defined as the ratio of inner and outer radius of pipe. A finite element (FE) simulation model is developed to measure the capacitance values and node potential distribution of ECS electrodes on the basis of water absorption rate in the pipe material as a function of absorption time. The arrangements for positioning12-electrode sensor parameters such as capacitance, capacitance change and change rate of capacitance are analyzed by ANSYS and MATLAB to plot the mass of water absorption curve against absorption time (t). An analytical model based on a Fickian diffusion model is conducted to predict the saturation level of water absorption ($M_S$) from the obtained mass of water absorption curve. The FE results are in excellent agreement with the analytical results and experimental results available in the literature, thus, validating the accuracy and reliability of the proposed expert system.
Analysis of mechanical behavior for a pultruded-wound hollow rod is presented. For this purpose, the pultruded-wound hollow rod is manufactured by the new winder attached to the conventional pultrusion system. And the conventional pultrusion process is newly altered to manufacture pultruded-wound specimens. A computer program, POST II, is modified to perform this study, In the nonlinear finite element formulation, the updated Lagrangian description method based on the second Piolar-Kirchhoff stress tensor and the Green strain tensor are used. For the finite element modeling of the composite hollow rod, the eight-node degenerated shell element is utilized. In order to estimate the failure, the maximum stress criterion is adopted to the averaged stress in the each layer of the finite elements. As numerical examples, the behavior of glass/up composite hollow rod is investigated from the initial loading to the final collapse. Present finite element results considering stiffness degradation and stress unload due to failure shows excellent agreement with experiments in the ultimate load, failure and deformations.
Kwon, Soon-Chul;Piyush K. Dutta;Kim, Yun-Hae;Anido, Roberto-Lopez
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.17
no.1
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pp.1-10
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2003
This paper summarizes the results of the fatigue test of four composite bridge decks in extreme temperatures (-30$^{\circ}C$ and 50$^{\circ}C$ ). The work was performed as part of a research program to evaluate and install multiple FRP bridge deck systems in Dayton, Ohio. A two-span continuous concrete deck was also built on three steel girders for the benchmark tests. Simulated wheel loads were applied simultaneously at two points by two servo-controlled hydraulic actuators specially designed and fabricated to perform under extreme temperatures. Each deck was initially subjected to one million wheel load cycles at low temperature and another one million cycles at high temperature. The results presented in this paper correspond to the fatigue response of each deck for four million load cycles at low temperature and another four million cycles at high temperature. Thus, the deck was subjected to a total of ten million cycles. Quasi-static load-deflection and load-strain responses were determined at predetermined fatigue cycle levels. Except for the progressive reduction in stiffness, no significant distress was observed in any of the composite deck prototypes during ten million load cycles. The effects of extreme temperatures and accumulated load cycles on the load-deflection and load-strain response of FRP composite and FRP-concrete hybrid bridge decks are discussed based on the experimental results.
The friction characteristics of automotive brake friction materials that contained different ceramic content were investigated. Several kinds of raw materials, such as resin-based binder, reinforcing fiber, friction restraint, abrasive, and filling materials were mixed, pressed, and heated in order to make the brake friction materials. The contents of SiC and $BaSO_4$ changed from 5 vol% to 20 vol%, respectively. In addition to this, the content of $Al_2O_3$ adjusted from 1 vol% to 16 vol%. The surface morphology of the SiC containing sample appeared rough while more debris was observed when the contents of SiC increased. This implies that the SiC containing brake composite was not adequate for the automobile. However, the relatively smooth surface was observed in samples that contained the $Al_2O_3$. But the roughness was low with a content of 11 vol% $Al_2O_3$ compared to the other samples. This is consistent with the abrasive properties of the samples. In the case of $BaSO_4$ containing samples, the smoothes surface was observed in the contents of 15 vol% $BaSO_4$. Thus, it was concluded that the 11 vol% $Al_2O_3$ and 15 vol% $BaSO_4$ containing composite would be the optimum content for the brake composite. Similar to the results of the surface morphology, the abrasion resistance consistently decreased when the content of SiC increased. On the contrary, the sample that contained 11 vol% $Al_2O_3$ and 15 vol% $BaSO_4$ showed the highest abrasion resistance compared to the other samples.
In the present article, silica nanoparticles (SNPs) were exploited to improve the tribological and mechanical properties of vinyl ester/glass fiber composites. To the best of our knowledge, there hasn't been any prior study on the wear properties of glass fiber reinforced vinyl ester SiO2 nanocomposites. The wear resistance is a critical concern in many industries which needs to be managed effectively to reduce high costs. To examine the influence of SNPs on the mechanical properties, seven different weight percentages of vinyl ester/nano-silica composites were initially fabricated. Afterward, based on the tensile testing results of the silica nanocomposites, four wt% of SNPs were selected to fabricate a ternary composite composed of vinyl ester/glass fiber/nano-silica using vacuum-assisted resin transfer molding. At the next stage, the tensile, three-point flexural, Charpy impact, and pin-on-disk wear tests were performed on the ternary composites. The fractured surfaces were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) images after conducting previous tests. The most important and interesting result of this study was the development of a nanocomposite that exhibited a 52.2% decrease in the mean coefficient of friction (COF) by augmenting the SNPs, which is beneficial for the fabrication/repair of composite/steel energy pipelines as well as hydraulic and pneumatic pipe systems conveying abrasive materials. Moreover, the weight loss due to wearing the ternary composite containing one wt% of SNPs was significantly reduced by 70%. Such enhanced property of the fabricated nanocomposite may also be an important design factor for marine structures, bridges, and transportation of wind turbine blades.
The delamination is a special mode of failure occurring in composite laminates. Several numerical studies with finite element analysis have been carried out on the delamination behavior of unidirectional composite laminates. On the other hand, the fracture for the multi-directional composite laminates may occur not only along the resin-fiber interface between plies known as interply or interlaminar fracture but also within a ply known as interyarn or intralaminar fracture accompanied by matrix cracking and fiber bridging. In addition, interlaminar and intralaminar cracks appear at irregular proportions and intralaminar cracks proceeded at arbitrary angle. The probabilistic analysis method for the prediction of crack growth behavior within a layer is more advantageous than the deterministic analysis method. In this paper, we analyze the crack path when the mode I load is applied to the cross-ply carbon/epoxy composite laminates and collect and analyze the probability data to be used as the basis of the probabilistic analysis in the future. Two criteria for the theoretical analysis of the crack growth direction were proposed by analyzing the stress field at the crack tip of orthotropic materials. Using the proposed method, the crack growth directions of the cross-ply carbon/epoxy laminates were analyzed qualitatively and quantitatively and compared with experimental results.
Kim, Miri;Jo, Wansun;Jih, Myeongkwan;Lee, Sangho;Lee, Nanyoung
Journal of the korean academy of Pediatric Dentistry
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v.46
no.1
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pp.76-84
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2019
This study evaluated the microleakage of three restorative materials and three tricalcium silicate-based pulp capping agents. The restorative materials were composite resin (CR), resin-reinforced glass ionomer cement (RMGI), and traditional glass ionomer cement (GIC) and the pulp capping agents were TheraCal $LC^{(R)}$ (TLC), $Biodentine^{(R)}$ (BD), and $ProRoot^{(R)}$ white MTA (WMTA). Additionally, shear bond strengths between the pulp-capping agents and dentine were compared. Class V cavities were made in bovine incisors and classified into nine groups according to the type of pulp-capping agent and final restoration. After immersion in 0.5% fuchsin solution, each specimen was observed with a stereoscopic microscope to score microleakage level. The crowns of the bovine incisors were implanted into acrylic resin, cut horizontally, and divided into three groups. TLC, BD and WMTA blocks were applied on dentine, and the shear bond strengths were measured using a universal testing machine. The microleakage was lowest in TLC + GIC, TLC + RMGI, TLC + CR, and BD + GIC groups and highest in WMTA + RMGI and WMTA + CR groups. The shear bond strength of BD group was the highest and that of WMTA group was significantly lower than the others.
Recently, environmental pollution caused by plastic waste, ecosystem disturbance of micro-plastics and human body accumulation are becoming big problems. In order to replace the traditional plastic, eco-friendly resin and natural fiber-based composite materials have been developed, but they have a disadvantage that their mechanical properties are significantly lower than those of synthetic fiber-based composites. In this study, eco - friendly nanofiber was extracted from seaweed and used as an additive in order to improve the mechanical properties of jute fiber-reinforced composites. Through the hand lay-up process, the composites were fabricated, and it was confirmed that the nanofiber was effective in improving the mechanical properties of natural fiber composites through tensile, bending and drop weight impact tests.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2010.06a
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pp.99-99
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2010
Polymer nanocomposite has been attracting much attention as a new insulation material, since homogeneous dispersion of nm-sized inorganic fillers can improve various properties significantly. In this paper, various kinds of epoxy based nanocomposites were made and AC breakdown strength of Nano-TiO2 and micro-silica filler mixture of epoxy based composites were studied by sphere to sphere electrode. Moreover, nano- and micro-filler combinations were adopted as an approach toward practical application of nanocomposite insulation materials. Nano-TiO2 particle size is about 10nm and composites ratio was resin (100) : hardener (82) : accelerator (1.5). AC breakdown test was performed at room temperature (25 [$^{\circ}C$], 80 [$^{\circ}C$] and 100 [$^{\circ}C$] in the vicinity of Tg (90[$^{\circ}C$]). And thermal conductivity were measured by ASTM-D5470.
The vibrational characteristics of Multi-Phase Nanocomposite (MPC) reinforced annular/circular plate under initially stresses are presented using the state-space formulation based on three-dimensional elasticity theory (3D-elasticity theory) and Differential Quadrature Method (DQM). The MPC reinforced annular/circular plate is under initial lateral stress and composed of multilayers with Carbon Nanotubes (CNTs) uniformly dispersed in each layer, but its properties change layer-by-layer along the thickness direction. The State-Space based Differential Quadrature Method (SS-DQM) is presented to examine the frequency behavior of the current structure. Halpin-Tsai equations and fiber micromechanics are used in the hierarchy to predict the bulk material properties of the multi-scale composite. A singular point is investigated for modeling the circular plate. The CNTs are supposed to be randomly oriented and uniformly distributed through the matrix of epoxy resin. Afterward, a parametric study is done to present the effects of various types of sandwich circular/annular plates on frequency characteristics of the MPC reinforced annular/circular plate using 3D-elasticity theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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