This paper presents results of a non-linear finite element analysis of axially loaded slender hollow structural section (HSS) columns, strengthened using high modulus carbon-fiber reinforced polymer (CFRP) longitudinal sheets. The model was developed and verified against both experimental and other analytical models. Both geometric and material nonlinearities, which are attributed to the column's initial imperfection and plasticity of steel, respectively, are accounted for. Residual stresses have also been modeled. The axial strength in the experimental study was found to be highly dependent on the column's imperfection. Consequently, no specific correlation was established experimentally between strength gain and amount of CFRP. The model predicted the ultimate loads and failure modes quite reasonably and was used to isolate the effects of CFRP strengthening from the columns' imperfections. It was then used in a parametric study to examine columns of different slenderness ratios, imperfections, number of CFRP layers, and level of residual stresses. The study demonstrated the effectiveness of high modulus CFRP in increasing stiffness and strength of slender columns. While the columns' imperfections affect their actual strengths before and after strengthening,the percentage gain in strength is highly dependent on slenderness ratio and CFRP reinforcement ratio, rather than the value of imperfection.
$BiVO_4$ nanomaterial was synthesized from bismuth (III) nitrate pentahydrate [$Bi(NO_3)_3{\cdot}5H_2O$] and ammonium vanadate (V) [$NH_4VO_3$]. The $BiVO_4$-graphene nanocomposite was fabricated by calcining the $BiVO_4$ nanomaterial and graphene under an oxygen-free atmosphere at $700^{\circ}C$. X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) were employed to characterize structural and morphological properties of samples. The catalytic activity of the $BiVO_4$-graphene nanocomposite was studied for the reduction of 4-nitrophenol, 3-nitrophenol and 2-nitrophenol by sodium borohydride [$NaBH_4$]. The photocatalytic activity of the $BiVO_4$-graphene nanocomposite was demonstrated by the degradation of organic dyes like BG, MB, MO and RhB under irradiation at 365 nm. The catalytic and photocatalytic activity were studied by UV-vis spectrophotometry.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.27
no.1
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pp.56-60
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2014
The polyimide composite membranes were prepared with polyimide composite solutions including graphenes by using the phase inversion method. The morphologies of these membranes were significantly changed according to the graphene loadings in composite solutions and the solvent systems of the composite solutions. The finger-like macro-voids were formed in the hollow fiber membranes which were prepared in the NMP solvent system with a small amount of ethanol. As increasing the content of the viscous alcohols such as glycerol or 1,3-propanediol in the composite solution, however, the morphologies of the hollow fiber membranes were changed to sponge-like types. In case of flat membranes, the increase of graphene content in polyimide composites causes that their membranes change from the finger-like macro-porous to sponge-like morphologies.
In this paper, an identification method of impact force is proposed for composite structures. In this method, the relation between force histories and strain responses is first formulated. The transfer matrix, which relates the strain responses of sensors and impact force information, is constructed from the finite element method (FEM). Based on this relation, an optimization model to minimize the difference between the measured strain responses and numerically evaluated strain responses is built up to obtain the impact force history. The identification of force history is performed by a modified least-squares method that imposes the penalty on the first-order derivative of the force history. Moreover, from the relation of strain responses and force history, an error vector indicating the force location is defined and used for the force location identification. The above theory has also been extended into the cases when using acceleration information instead of strain information. The validity of the present method has been verified through two experimental examples. The obtained results demonstrate that the present approach works very well, even when the internal damages in composites happen due to impact events. Moreover, this method can be used for the real-time health monitoring of composite structures.
Several techniques have been developed for shear strengthening of reinforced concrete (RC) members by using fiber reinforced polymer (FRP) composites. However, debonding of FRP retrofits from concrete substrate still deemed as a challenging concern in their application which needs to be scrutinized in details. As a result, this paper reports on the results of an experimental investigation on shear strengthening of RC beams using near surface mounted (NSM) FRP reinforcing bars. The main objective of the experimentation was increasing the efficiency of shear retrofits by precluding/postponing the premature debonding failure. The experimental program was comprised of six shear deficient RC beams. The test parameters include the FRP rebar spacing, inclination angle, and groove shape. Also, an innovative modification was introduced to the conventional NSM technique and its efficiency was evaluated by experimental observation and measurement. The results testified the efficiency of glass FRP (GFRP) rebars in increasing the shear strength of the test specimens retrofitted using conventional NSM technique. However, debonding of FRP bars impeded exploiting all retrofitting advantages and induced a premature shear failure. On the contrary, application of the proposed modified NSM (MNSM) technique was not only capable of preventing the premature debonding of FRP bars, but also could replace the failure mode of specimen from the brittle shear to a ductile flexural failure which is more desirable.
Li, Lingfang;Mei, Hanfei;Haider, Mohammad Faisal;Rizos, Dimitris;Xia, Yong;Giurgiutiu, Victor
Smart Structures and Systems
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v.26
no.2
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pp.157-174
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2020
The guided wave technique is commonly used in structural health monitoring as the guided waves can propagate far in the structures without much energy loss. The guided waves are conventionally generated by the surface-mounted piezoelectric wafer active sensor (PWAS). However, there is still lack of understanding of the wave propagation in layered structures, especially in structures made of anisotropic materials such as carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites. In this paper, the Rayleigh-Lamb wave strain tuning curves in a PWAS-mounted unidirectional CFRP plate are analytically derived using the normal mode expansion (NME) method. The excitation frequency spectrum is then multiplied by the tuning curves to calculate the frequency response spectrum. The corresponding time domain responses are obtained through the inverse Fourier transform. The theoretical calculations are validated through finite element analysis and an experimental study. The PWAS responses under the free, debonded and bonded CFRP conditions are investigated and compared. The results demonstrate that the amplitude and travelling time of wave packet can be used to evaluate the CFRP bonding conditions. The method can work on a baseline-free manner.
Thus paper summarizes the procedures to develop the downscaled payload kick motor for KSR-III by KARI. Filament winding-a well-known method of manufacturing composite motor case - is adopted to reduce structural weight. Netting and lamination theories are used to determine adequate winding thickness under required internal pressure. Dome shapes are designed considering feasible winding patterns and easiness of mandrel manufacturing. T-800 carbon fiber and Novolac type resin are selected for weight-reduction. The separate mandrels are disassembled and removed after filament winding. The manufacturing process of real payload kick motor is developed from the design experience of downscaled ones.
Autoclave processing has a good quality of product, but manufacturing cost is expansive. After curing of composite, the unwanted deformation and distortion increase the manufacturing cost by redesign of tool parts. Therefore, manufacturing cost down is a big issue in processing level. For the reduction of tool costs, it is important to investigate the effects of tool materials and tool surface conditions. In this paper, we organized user subroutine in ABAQUS to consider the thermal effects of part and tool, and the results are compared with commercial code, COMPRO. And this paper suggests reference point for the selection of tool materials to reduce manufacturing costs.
In this paper, to access the suitability of recycled aggregate for structural applications, concrete strength i.e., compressive, tensile and flexural strength were evaluated and compared with those specimens made of natural aggregates. Test results indicated that 30 to 42% of the mentioned strength decreases. To study the performance of frame structures made of recycled aggregate concrete (RAC) two reinforced RAC frames were prepared and tested under monotonic loading. The joint regions of one of the RAC frame were casted with micro-concrete. A reference specimen was also prepared using natural aggregate concrete (NAC) and subjected to a similar loading condition. The RAC frame resulted in a brittle mode of failure as compared to NAC frame. However, the presence of a micro-concrete at the joint region of an RAC frame improved the damage tolerance and load resisting capacity. Seismic parameter such as energy dissipation, ductility and stiffness also improves. Conclusively, strengthening of joint region using micro-concrete is found to have a significant contribution in improving the seismic performance of an RAC frame.
A design development test for carbon/epoxy composite laminates for an aircraft flight control system is performed. The design development test includes moisture absorbing test, tensile, compressive, bearing and lap shear tests. The moisture absorbing behavior for different fiber orientation angles is investigated and the changes in mechanical characteristics are compared. In the in-plane tensile test, the effect of damages such as scratches and impacts is studied. The bearing test is performed for different fastening types. The resulting design allowable stress and environmental load enhancement factor are used for the structural analysis and certification tests for the flight control system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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