In this study, the development purpose is to replace steel Tie Rod of commercial vehicle to the carbon composite by a braiding process. CFRP tie rod was designed to meet the performance requirements of existing products by designing the cross section of the core for braiding weaving and the structural design of the joint between the core and the carbon fiber. The specimens were fabricated by braiding method and applied to structural analysis through test evaluation. The manufacturing process proceeded from braiding to infusion through post-curing process. The test evaluation of the final product was satisfactorily carried out by sequentially performing tensile test, torsion test, compression test and fatigue test. In addition, the weight of CFRP tie rod could be reduced by about 37% compared to existing products.
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.
In the present study, the various dynamic properties of MWCNT embedded fiber reinforced polymer uniform and tapered composite (MWCNT-FRP) plates are investigated. Various configurations of a tapered composite plate with ply-drop off and uniform composite plate have been considered for the development of the finite element formulation and experimental investigations. First order shear deformation theory (FSDT) has been used to derive the kinetic and potential energy equations of the hybrid composite plates by including the effect of rotary inertia, shear deformation and non-uniformity in thickness of the plate. The governing equations of motion of FRP composite plates without and with MWCNT reinforcement are derived by considering a nine- node rectangular element with five degrees of freedom (DOF) at each node. The effectiveness of the developed finite element formulation has been demonstrated by comparing the natural frequencies and damping ratio of FRP composite plates without and with MWCNT reinforcement obtained experimentally. Various parametric studies are also performed to study the effect of CNT volume fraction and CNT aspect ratio of the composite plate on the natural frequencies of different configurations of CNT reinforced hybrid composite plates. Further the forced vibration analysis is performed to compare the dynamic response of the various configurations of MWCNT-GFRP composite plate with GFRP composite plate under harmonic excitations. It was observed that the fundamental natural frequency and damping ratio of the GFRP composite plate increase approximately 8% and 37% respectively with 0.5wt% reinforcement of MWCNT under CFCF boundary condition. The natural frequencies of MWCNT-GFRP hybrid composite plates tend to decrease with the increase of MWCNT volume fraction beyond 2% due to agglomeration of CNT's. It is also observed that the aspect ratio of the CNT has negligible effect on the improvement of dynamics properties due to randomly orientation of CNT's.
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.
Zhao, Li-Cai;Chen, Shi-Shuenn;Xu, Yi-Peng;Tahouneh, Vahid
Steel and Composite Structures
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v.38
no.5
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pp.477-496
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2021
The main objective of this paper is to study vibration of sandwich open cylindrical panel with damaged core and FG face sheets based on three-dimensional theory of elasticity. The structures are made of a damaged isotropic core and two external face sheets. These skins are strengthened at the nanoscale level by randomly oriented Carbon nanotubes (CNTs) and are reinforced at the microscale stage by oriented straight fibers. These reinforcing phases are included in a polymer matrix and a three-phase approach based on the Eshelby-Mori-Tanaka scheme and on the Halpin-Tsai approach, which is developed to compute the overall mechanical properties of the composite material. Three complicated equations of motion for the panel under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. Several parametric analyses are carried out to investigate the mechanical behavior of these multi-layered structures depending on the damage features, through-the-thickness distribution and boundary conditions. It is seen that for the large amount of power-law index "P", increasing this parameter does not have significant effect on the non-dimensional natural frequency parameters of the FG sandwich curved panel. Results indicate that by increasing the value of isotropic damage parameter "D" up to the unity (fully damaged core) the frequency would tend to become zero. One can dictate the fiber variation profile through the radial direction of the sandwich panel via the amount of "P", "b" and "c" parameters. It should be noticed that with increase of volume fraction of fibers, the frequency parameter of the panels does not increase necessarily, so by considering suitable amounts of power-law index "P" and the parameters "b" and "c", one can get dynamic characteristics similar or better than the isotropic limit case for laminated FG curved panels.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.10
no.1
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pp.66-73
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2022
The purpose of this study was to develop self-heating concrete by utilizing the conduction resistance of concrete in order to reduce the risk of occurrence of black ice in the concrete pavement in winter and to prevent damage caused by freez-thawing effect. For this purpose, it was attempted to evaluate the strength and temperature exothermic characteristics using powder and liquid waste CNTs and a waste cathode agent as a conduction promotion. It was analyzed that liquid waste CNT had an effective dispersion degree in the mortar and a small decrease in strength occurred. In addition, DC 24 V was supplied by applying steel mesh, copper foil and copper wire to the mortar as electrodes, and the temperature change characteristics according to the mixing ratio of spent CNTs, anodes and carbon fibers were evaluated. In addition, by evaluating the temperature characteristics according to the electrode spacing from the selected optimal mixture, it was confirmed that it had sufficient heating characteristics up to an electrode spacing of 100 mm up to AC 50 V.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.4A
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pp.517-528
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2008
This paper presents a hysteretic damage model for reinforced concrete (RC) joints that explicitly accounts for the bond-slip between the reinforcing bars and the surrounding concrete. A frame element whose displacement fields for the concrete and the reinforcing bars are different to permit slip is developed. From the fiber section concept, compatibility equations for concrete, rebar, and bond are defined. Modification of the hysteretic stress-strain curve of steel is conducted for partial unloading and reloading conditions. Local bond stress-slip relations for monotonic loads are updated at each slip reversal according to the damage factor. The numerical applications of the reinforcing bar embedded in the confined concrete block, the RC column anchored in the foundation, and the RC beam-column subassemblage validate the model accuracy and show how including the effects of bond-slip leads to a good assessment of the amount of energy dissipation during loading histories.
Producing extremely stable high temperature and pressure condition is crucial in order to synthesize novel materials with various functions and to investigate their static and dynamic properties. Already a high pressure in the Mbar range, which is necessary to make novel materials, can be acquired by using a Diamond Anvil Cell (DAC), In this study, a laser-heating system combined with the DAC was designed and installed using two 1064-nm, 100-W fiber lasers on different sides of the DAC to heat the sample and three spectrometers to measure the temperature, pressure, and Raman spectra. A stainless-steel gasket, which is generally used as a sample chamber in high-pressure experiments, was heated to make a thermal radiation source, and the temperature of the heated gasket was obtained by measuring the spectrum of the radiation. By applying this technique, we were able to make various materials and to investigate their physical properties under extreme conditions.
Mohammed Berradia;El Hadj Meziane;Ali Raza;Mohamed Hechmi El Ouni;Faisal Shabbir
Steel and Composite Structures
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v.49
no.2
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pp.161-180
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2023
In the previous research, the axial compressive capacity models for the glass fiber-reinforced polymer (GFRP)-reinforced circular concrete compression elements restrained with GFRP helix were put forward based on small and noisy datasets by considering a limited number of parameters portraying less accuracy. Consequently, it is important to recommend an accurate model based on a refined and large testing dataset that considers various parameters of such components. The core objective and novelty of the current research is to suggest a deep learning model for the axial compressive capacity of GFRP-reinforced circular concrete columns restrained with a GFRP helix utilizing various parameters of a large experimental dataset to give the maximum precision of the estimates. To achieve this aim, a test dataset of 61 GFRP-reinforced circular concrete columns restrained with a GFRP helix has been created from prior studies. An assessment of 15 diverse theoretical models is carried out utilizing different statistical coefficients over the created dataset. A novel model utilizing the group method of data handling (GMDH) has been put forward. The recommended model depicted good effectiveness over the created dataset by assuming the axial involvement of GFRP main bars and the confining effectiveness of transverse GFRP helix and depicted the maximum precision with MAE = 195.67, RMSE = 255.41, and R2 = 0.94 as associated with the previously recommended equations. The GMDH model also depicted good effectiveness for the normal distribution of estimates with only a 2.5% discrepancy from unity. The recommended model can accurately calculate the axial compressive capacity of FRP-reinforced concrete compression elements that can be considered for further analysis and design of such components in the field of structural engineering.
Sim, Jungi;Zi, Goangseup;Park, Jin-Hyung;Cho, Hyo-Nam;Lee, Jong Seh
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.3
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pp.71-83
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2008
In this paper, the basic principle, the application and the limitation of Infrared thermography technique to detect defects in different kinds of concrete structures are reviewed. Considered are voids beneath the concrete surface with experiments, delamination between concrete surface and fiber reinforced polymer sheet, the deterioration of steel bars in reinforced concrete, surface defects in historical buildings, pavements, bridges, and railway track graves. As a result, we conclude that infrared thermography methods are useful for fast detecting defects; however, they are influenced by environmental factors, specially temperature. Therefore it is recommended to use the infrared thermography technique with other NDT equipments to expect better result.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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