Cementitious composites are multiphase heterogeneous materials with distinct dissimilarity in strength under compression and tension (high under compression and very low under tension). At macro scale, the phenomenon can be well-explained as the material contains physical heterogeneity and pores. But, it is interesting to note that this dissimilarity initiates at molecular level where there is no heterogeneity. In this regard, molecular dynamics based computational investigations are carried out on cement clinkers and calcium silicate hydrate (C-S-H) under tension and compression to trace out the origin of dissimilarity. In the study, effect of strain rate, size of computational volume and presence of un-structured atoms on the obtained response is also investigated. It is identified that certain type of molecular interactions and the molecular structural parameters are responsible for causing the dissimilarity in behavior. Hence, the judiciously modified or tailored molecular structure would not only be able to reduce the extent of dissimilarity, it would also be capable of incorporating the desired properties in heterogeneous composites. The findings of this study would facilitate to take step to scientifically alter the structure of cementitious composites to attain the desired mechanical properties.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.4
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pp.279-285
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2012
In this paper a computational method for a homogenized peridynamics description of unidirectional fiber-reinforced composites is presented. For these materials, dynamic brittle fracture and damage are simulated with the proposed peridynamic model. Compared with observations from dynamic experiments by Coker et al.(2001), the peridynamic computational model can reproduce various characteristics of dynamic fracture and supersonic or intersonic crack growth in asymmetrically loaded unidirectional fiber-reinforced composite plates. Also we analyze the same model in the symmetric loading condition and figure out that the asymmetric loading leads to a much higher propagation speed. Consistent results have been reported in the experiments.
Shrabani Ghosh;Nathuram Chakrobarty;Swapan C. Sarkar
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.25
no.3
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pp.43-48
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2023
Polymer composites, especially glass fiber reinforced polymer (GFRP) are finding ever-increasing applications in areas such as superconductivity, space technology, cryogenic rocket engines, and cryogenic storage vessels. Various components made of polymer composites are much lighter than their metallic counterparts but have equivalent strength for ultra-low temperature applications. In this paper, we have investigated the tensile properties of an indigenously prepared unidirectional cylindrical hollow composite tube for its use as a neck of the cryogenic vessel. XRD and SEM of the tube are completed before cryogenic conditioning to ascertain the fiber and resin distribution in the matrix. The result shows that for composites, after 15, 30, 45, and 60 minutes of cryogenic conditioning at 77K in a liquid nitrogen bath, the strength and modulus increase significantly with the increase of strain rate and reach the optimum value for 45 minutes of conditioning. The results are encouraging as they will be helpful in assessing the suitability of GFRP in the structural design of epoxy-based components for cryogenic applications.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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1997.04a
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pp.135-140
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1997
The influences of ZrB$_2$ additions to SiC on microstructural, DDM(Electrical Discharge Machining), mechanical and electrical properties were investigated. composites were prepared by adding 15, 30, 45 vol.% ZrB$_2$particles as a second phase to SiC matrix. SiC-ZrB$_2$ composites obtained by hot pressing for high temperature structural application were fully dense with the relative densities over 99%. The fracture toughness of the composites were increased with the ZrB$_2$contents. In case of composite containing 30vol.% ZrB$_2$, the flexural strength and fracture toughness showed 45% and 60% increase, respectively compared to that of monolithic SiC sample. The electrical resistivities of SiC-ZrB$_2$ composites decreased significantly with the ZrB$_2$ contents. The electrical resistivity of SiC-30vol.% ZrB$_2$ composite showed 6.50$\times$10$^{-4}$$\Omega$.cm. Cutting velocity of EDM of SiC-ZrB$_2$ composites are directly proportional to duty factor of pulse width. Surface roughness, however, are not all proportional to pulse width. Higher-flexural strength composites show a trend toward smaller crater volumes, leaving a smoother surface; the average surface roughness of the SiC-ZrB$_2$ 15 vol.% composite with the flexural strengthe of 375㎫ was 3.2${\mu}{\textrm}{m}$, whereas the SiC-ZrB$_2$ 30.vol% composite of 457㎫ was 1.35${\mu}{\textrm}{m}$. In the SEM micrographs of the fracture surface of SiC-ZrB$_2$ composites, the SiC-ZrB$_2$ two phases are distinct; the white phase is the ZrB$_2$and the gray phase is the SiC matrix. In the SEM micrographs of the EDM surface, however, these phases are no longer distinct because of thicker recast layer of resolidified-melt-formation droplets present. It is shown that SiC-ZrB$_2$ composites are able to be machined without surface cracking.
Park, Geon-Tae;Lee, Dong-Woo;Byun, Joon-hyung;Song, Jung-il
Composites Research
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v.33
no.3
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pp.115-124
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2020
Laminate composites, especially Carbon fiber-reinforced composites are wide used in various industry such as aerospace and automotive industry due to their high specific strength and specific stiffness. However, the laminate composites has a big disadvantage that delamination occurs because the arrangement of the fibers is all arranged in the in-plane direction, which limits the field of application of the laminate composites. In this study, we first developed a laminate composites T-beam in which π-beam and flat plate were combined and optimized the design parameters through structural analysis and mechanical tests. Afterwards, 3D weave preform T-beam was developed by applying the same design parameters of laminate composites T-beams, and improved mechanical strength was achieved compared to laminated structures. These findings are expected to be applicable to existing laminated composite structures that require increased strength.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.1
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pp.102-112
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2019
This paper studies impact fracture behavior under temperature variation and compressive flexural strength of cement composites using VAE(vinyl acetate ethylene) powder polymer and PVA(polyvinyl alcohol) fiber. Impact test were conducted in the temperature range selected for the $-35^{\circ}C$, $0^{\circ}C$ and $35^{\circ}C$. In this experimental study, impact test were carried out using a drop impact testing machine (Ceast 9350) to obtain such as displacement, time, and impact fracture energy of normal specimen and and cement composites specimen. As test results, the use of VAE powder polymer and PVA fiber were observed to enhance the flexural strength of mortar. The compressive strength of PVA fibers reinforced cement composites was slightly decreased at 28 days, but the flexural strength was observed to increase 24.4% of normal mortar strength. As a result of the drop impact tests, PVA fiber reinforced cement composites specimens showed microcracks due to energy dispersion and crack prevention with bridge effect of the fibers, and scabbing or perforation by impact was suppressed. On the other hand, the normal mortar and VAE powder polymer cement composites specimens were carried out to the perforation and macro crack. Most of normal mortar and the cement composites subjected to impact load on specimens shows mostly local brittle failure. The impact resistant performance of the specimen with PVA fiber was greatly improved due to the increase of flexure performance.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1997.04a
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pp.200-210
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1997
This paper presents the result of analysis of special orthotropic plates supported by elastic foundation and simple supported edges. Convergence and accuracy of the solution are examined and it is verified that the solution obtained is sufficiently accurate. The effect of the spring constant, k, on deflection is studied.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.56-59
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2008
This paper presents results of a parametric study for a constitutive model (Lee et ai, 1989) for particle-reinforced composites considering weakened interfaces and crack nucleation. Eshelby's tensors for particles with imperfect interfaces (Ju and Chen, 1994) and microcracks (Sun and Ju, 2004) are incorporated into a micromechanical formulation. A parametric study for the microcrack nucleation parameter ${\phi}_{{\upsilon}0}$ and ${\epsilon}^{th}$ is conducted to investigate the sensitivity of the parameter to the constitutive model.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05b
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pp.349-352
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2006
Pull-off test is generally used as a method of evaluating bond strength of FRP with concrete at the job site. However, pull-off test damages FRP composites and the maximum pull-off strength is limited up to tensile strength of concrete. Accordingly, it is required to set-up a test method that can simply evaluate bond performance of structural adhesive. This study suggested compression and bending test of epoxy resin as test methods that can indirectly evaluate performance of adhesive, as well as standardized test specification for different types of specifications from various countries. In this study, the section dimension of compression and bending test specimens is unified, and standard test specimen size is achieved by test results.
Piezoelectric Fiber Composites with Interdigitated Electrodes (PFCIDE) were previously introduced as an alternative to monolithic wafers with conventional electrodes for applications of structural actuation. This paper is an investigation into the performance improvement of piezoelectric fiber composite actuators by changing the matrix material. This paper presents a modified micro-electromechanical model and numerical analyses of piezoelectric fiber/piezopolymer matrix composite actuator with interdigitated electrodes (PFPMIDE). Various concepts from different backgrounds including three-dimensional linear elastic and dielectric theories have been incorporated into the present linear piezoelectric model. The rule of mixture and the modified method to calculate effective properties of fiber composites were extended to apply to the PFPMIDE model. The new model was validated when compared with available experimental data and other analytical results. To see the structural responses of a composite plate integrated with the PFPMIDE, three-dimensional finite element formulations were derived. Numerical analyses show that the shape of the graphite/epoxy composite plate with the PFPMIDE may be controlled by judicious choice of voltages, piezoelectric fiber angles, and elastic tailoring of the composite plate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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