Min Jong Lee;Donghyeon Lee;Yongseok Lee;Ki-Eek Kwon;Zuo-Jia Wang;Woo-Seok Shim;Mantae Kim;Dong-Jun Kwon
Composites Research
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v.37
no.4
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pp.343-349
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2024
The use of composite materials for structural fasteners is increasingly common, making it crucial to assess the deformation of these fasteners under fatigue behavior. In this study, clamp-type fasteners were manufactured using carbon fiber reinforced composites, and their structural stability and sectional damage rates were evaluated using electrical resistance measurement during fatigue behavior. While clamp-type composite fasteners exhibited minimal deformation in flat sections, significant deformation occurred in the bent sections due to fatigue. It was observed that insufficient angular stability led to concentrated damage in the bent sections. The dynamic fatigue behavior showed that the length change rate of the composite fasteners was within 0.6%, but the angular change rate reached up to 6%, indicating that the bent sections are the most critical areas. By utilizing the self-sensing capability of the composite fasteners, sectional damage behavior was assessed through electrical resistance measurement. Significant damage was noted in the bent sections due to fatigue, and 3D-CT results revealed substantial deformation and interfacial damage when the initial bend angle of the fasteners was less than 90 degrees. These findings highlight the importance of reinforcing the stiffness of the bent sections and establishing systematic angular standards in the development of composite fasteners.
Fatigue life prediction of matrix dominated composite laminates, which have a nonlinear stress/strain response, was studied analytically and experimentally. A stress function describing the relation of initial fatigue modulus and elastic modulus was used in order to consider the material nonlinearty. New modified fatigue life prediction equation was suggested based on the fatigue modulus and reference modulus concept as a function of applied stress. The prediction was verified by torsional fatigue test using crossply carbon/epoxy laminate tubes. It was shown that the proposed equation has wide applicability and good agreement with experimental data.
Fiber-reinforced composite materials with carbon, glass, and aramid fibers are widely applied to industrial field structures due to their excellent properties. However, carbon fibers are vulnerable to external impacts, whereas aramid fibers degrade when exposed to water. This study evaluated carbon/aramid fiber composites degraded and damaged by high-temperature saline environments using acoustic emission (AE). The test specimen was molded using an autoclave and immersed in seawater at 70 ℃ for 224 days. In order to imitate the damage, a 3-mm-diameter hole was drilled using a diamond drill. Additionally, the specimen with the perforation was repaired by patch attachment processing. Three-point bending was used to conduct the flexural experiment, and an AE sensor with a 150-kHz resonance frequency was attached to evaluate the damage and the effect of patch attachment. AE accumulative counts obtained at the maximum load were 69.2, 67.1, and 91.2 for a high-temperature seawater deteriorated condition, a hole specimen, and a repaired patch specimen, respectively. Furthermore, the maximum amplitude of AE was detected at low values of 28 dB, 31.3 dB, and 30.3 dB.
This paper describes a method for a falling weight impact test to estimate the impact energy absorbing characteristics and impact strength of CFRP (Carbon-fiber reinforced plastics) laminate plates based on considerations of stress wave propagation theory, which were converted to measurements of load and displacement verses time. The delamination area of impacted specimens for the different ply orientations was measured with an ultrasonic C-scanner to determine the correlation between impact energy and delamination area. The energy absorbed by a quasi-isotropic specimen having four interfaces was higher than that of orthotropic laminates with two interfaces. The more interfaces, the greater the energy absorbed. The absorbed energy of a hybrid specimen embedding GFRP (Glass-fiber reinforced plastics) layer was higher than that of normal specimens. Also, a falling weight impact tester was built to evaluate the characteristics and impact strength of CFRPs.
Gulsan, Mehmet Eren;Mohammedameen, Alaa;Sahmaran, Mustafa;Nis, Anil;Alzeebaree, Radhwan;Cevik, Abdulkadir
Advances in concrete construction
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v.6
no.2
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pp.199-220
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2018
In this study, the effects of sulphuric acid on the mechanical performance and the durability of Engineered Cementitious Composites (ECC) specimens were investigated. The carbon fiber reinforced polymer (CFRP) and basalt fiber reinforced polymer (BFRP) fabrics were used to evaluate the performances of the confined and unconfined ECC specimens under static and cyclic loading in the acidic environment. In addition, the use of CFRP and BFRP fabrics as a rehabilitation technique was also studied for the specimens exposed to the sulphuric acid environment. The polyvinyl alcohol (PVA) fiber with a fraction of 2% was used in the research. Two different PVA-ECC concretes were produced using low lime fly ash (LCFA) and high lime fly ash (HCFA) with the fly ash-to-OPC ratio of 1.2. Unwrapped PVA-ECC specimens were also produced as a reference concrete and all concrete specimens were continuously immersed in 5% sulphuric acid solution ($H_2SO_4$). The mechanical performance and the durability of specimens were evaluated by means of the visual inspection, weight change, static and cyclic loading, and failure mode. In addition, microscopic changes of the PVA-ECC specimens due to sulphuric acid attack were also assessed using scanning electron microscopy (SEM) to understand the macroscale behavior of the specimens. Results indicated that PVA-ECC specimens produced with low lime fly ash (LCFA) showed superior performance than the specimens produced with high lime fly ash (HCFA) in the acidic environment. In addition, confinement of ECC specimens with BFRP and CFRP fabrics significantly improved compressive strength, ductility, and durability of the specimens. PVA-ECC specimens wrapped with carbon FRP fabric showed better mechanical performance and durability properties than the specimens wrapped with basalt FRP fabric. Both FRP materials can be used as a rehabilitation material in the acidic environment.
The high porosity of the infill pattern of carbon chopped fiber-reinforced Nylon composite structures fabricated by the fused filament fabrication (FFF) type 3D printers determines the mechanical performance of the printed structures. This study experimentally evaluated the mechanical performance of Onyx composite specimens fabricated with a rectangular infill structure under the hot-pressing condition to improve the mechanical properties by reducing the porosity of the infill pattern of the printed structure, and evaluated the best mechanical performance. The hot-pressing conditions (145℃, 4 MPa, 12 min) that induce the most appropriate mechanical properties were found. As a result of microscopic observation, it was confirmed that the infill porosity of the composite specimens subjected to post hot-pressing treatment was effectively reduced. In order to confirm the mechanical performance of the post-treated specimen, a tensile test and a three-point bending test were performed with a control specimen without post-treatment and a specimen printed with the same density and dimensions after post-treatment to evaluate the mechanical properties. As a result of comparison, it was confirmed that the mechanical properties were effectively improved when the post-treatment of hot-pressing was performed.
The effect of open and filled holes on the strength behavior of carbon fiber reinforced polymeric (CFRP) composites was investigated. The strength was measured at room temperature dry, cold temperature dry, $-55^{\circ}C$, and elevated temperature wet, $108.3^{\circ}C$ on several different laminate configurations. Based on the experimental data presented, it is shown that the filled hole tensile strength is larger than that of open hole by reducing damage around the hole due to the constraint imposed by the fastener. The tensile strength at cold temperature dry, $-55^{\circ}C$ is increased with the brittleness by the thermal expansion coefficient of fiber and matrix. The compressive strength at elevated temperature wet, $108.3^{\circ}C$ is decreased by the cause of interfacial deterioration between fiber and matrix with moisture absorption.
Kim, Hyo-Jin;Lee, Sih-Joong;Han, Sang-Ho;Kim, Sang-Kuk;Park, Seong-Jun
Composites Research
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v.22
no.3
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pp.60-65
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2009
The mechanical behavior of carbon fiber reinforced polymeric (CFRP) composites was investigated. Both strength and modulus were measured at room temperature dry, cold temperature dry, $-55^{\circ}C$, and elevated temperature wet, $82.2^{\circ}C$ on seven different laminate configurations consisting of $[0_6]_T$, $[90_{12}]_T$, $[0_{16}]_T$ and $[90_{16}]_T$ unidirectional laminates, $[{\pm}45]_{5S}$ angle-ply laminate, $[0/90_{12}/0]_T$ cross-ply laminate, a 36-ply laminate $[0/45/-45/45/-45/0]_{3S}$. Based on the experimental data presented, it is shown that the strength at cold temperature dry, $-55^{\circ}C$ is increased with the brittleness of fiber or matrix. Moreover, it is shown that both shear strength and modulus at elevated temperature wet, $82.2^{\circ}C$ are decreased by the cause of interfacial deterioration between fiber and matrix with moisture absorption.
An analytical and experimental investigation is performed into the mechanical behavior of carbon-fiber/epoxy woven coned annular disk springs. An analytical approach is presented for predicting the deformation behavior of disk springs of specially orthotropic laminates with arbitrary geometric parameters. In addition, an analytical methodology is proposed for obtaining the deformation behavior of a stack of disk springs. The methodology is capable of accounting for parallel and series arrangements for uniform and irregular stacks. Element and assembly experimental results are used to validate the proposed method showing how to achieve flexible spring rates at various deflections ranges. This manuscript also provides guidelines for design and validation of disk spring assemblies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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