In order to overcome one of the most pronounced shortcomings of conventional laminated composites, such as the low damage tolerance due to delamination, the thermoplastic materials and 3D (three-dimensional) preforms have been utilized in the manufacture of composite materials. From the newly developed process termed as the co-braiding, hybrid yarns of the thermoplastic fibers (PEEK) and reinforcing fibers (carbon) have been fabricated. In order to further enhance the delamination suppression, through thickness fibers have been introduced by way of 3D weaving technique in the fabrication of textile preforms. The preforms have been thermoformed to make composite materials. Complete impregnation of the PEEK into the carbon fiber bundles has been confirmed. For the comparison of mechanical performance of 3D woven composites, quasi-isotropic laminates using APC-2/AS4 tapes have been fabricated. Tensile and compressive properties of both the composites have been determined. Furthermore. the open hole, impact and CAI(Compression After Impact) tests were also carried out to assess the applicability of 3D woven textile reinforced thermoplastic composites in aerospace structures.
In this study, the physical properties and fracture characteristics according to the tensile load are evaluated on the materials of the polymeric filler and carbon fiber-based composite sleeve technique. The polymeric filler and the composite sleeve technique are applied to areas where the pipe body thickness is reduced due to corrosion in large-diameter water pipes. First, the tensile strength of the polymeric filler was 161.48~240.43 kgf/cm2, and the tensile strength of the polyurea polymeric filler was relatively higher than that of the epoxy. However, the tensile strength of the polymeric filler is relatively very low compared to ductile cast iron pipes(4,300 kgf/cm2<) or steel pipes(4,100 kgf/cm2). Second, the tensile strength of glass fiber, which is mainly used in composite sleeves, is 3,887.0 kgf/cm2, and that of carbon fiber is up to 5,922.5 kgf/cm2. The tensile strengths of glass and carbon fiber are higher than ductile cast iron pipe or steel pipe. Third, when reinforcing the hemispherical simulated corrosion shape of the ductile cast iron pipe and the steel pipe with a polymeric filler, there was an effect of increasing the ultimate tensile load by 1.04 to 1.06 times, but the ultimate load was 37.7 to 53.7% compared to the ductile cast iron or steel specimen without corrosion damage. It was found that the effect on the reinforcement of the corrosion damaged part was insignificant. Fourth, the composite sleeve using carbon fiber showed an ultimate load of 1.10(0.61T, 1,821.0 kgf) and 1.02(0.60T, 2,290.7 kgf) times higher than the ductile cast iron pipe(1,657.83 kgf) and steel pipe(2,236.8 kgf), respectively. When using a composite sleeve such as fiber, the corrosion damage part of large-diameter water pipes can be reinforced with same level as the original pipe, and the supply stability can be secured through accident prevention.
The flexural strengthening of reinforced concrete beams by external bonding of composite materials has proved to be an efficient and practical technique. This paper presents a study on the flexural performance of reinforced concrete continuous beams with three spans (one span and two cantilevered) strengthened by bonding carbon fiber fabric (CFRP). The model is based on equilibrium and deformations compatibility requirements in and all parts of the strengthened continuous beam, i.e., the continuous concrete beam, the FRP plate and the adhesive layer. The adherend shear deformations have been included in the present theoretical analyses by assuming a linear shear stress through the thickness of the adherends. Remarkable effect of shear deformations of adherends has been noted in the results. The theoretical predictions are compared with other existing solutions that shows good agreement, and It shows the effectiveness of CFRP strips in enhancing shear capacity of continuous beam. It is shown that both the normal and shear stresses at the interface are influenced by the material and geometry parameters of the composite beam.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.23-28
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2001
Since non-corrosive Fiber Reinforced Polymer(FRP) tendons have been in increasing use for underground and coastal structures constantly contacted with fresh water or sea water because of their superiority to metallic ones in corrosion-resistance, new non-metallic anchoring system for FRP tendons has been developed and investigated to verify the effectiveness of tendon force, which consist of mainly FRP pipes and Highly Expansive Mortar(HEM). The major factors considered in this experiment were expansive pressures of HEM during its hydration, sleeve lengths and types, and anchoring methods of tendon. New anchoring system were investigated from the pull-out tests. The pull-out procedures of the FRP tendons in the various pipe filled with HEM were analyzed and improved ideas were suggested to develop novel non-metallic anchoring system for FRP tendons The pull-out tests for the FRP tendon and new non-metallic anchoring system were conducted. The results show that non-metallic anchoring system for the FRP tendon has been more stablized due to the gradual expansive pressrure of HEM, as tims goes. Since tile lower stiffness of FRP pipes causes the weakness of anchoring force, it requires the increase of stiffness using a carbon fiber or an increased section area.
Kim, H.Y.;Kim, P.W.;Hong, S.H.;Kim, Y.C.;Yeh, B.H.;Jung, B
Composites Research
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v.12
no.3
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pp.75-83
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1999
The thermal properties of carbon/phenolic and silica/phenolic ablative composites were investigated by measuring the heat capacity, thermal diffusivity and thermal conductivity. The heat capacities of carbon/ phenolic and silica/phenolic composites were calculated from differential scanning calorimeter curve. The thermal diffusivities of carbon/phenolic and silica/phenolic composites were measured by the laser flash method with varying laminated direction, i.e., with laminar direction and across laminar direction. The thermal diffusivities decreased with increasing temperature. The thermal conductivities of carbon/phenolic and silica/phenolic composites were calculated using the heat capacity, density and thermal diffusivity. The thermal conductivities increased with increasing temperature. The thermal conductivity of with laminar direction is two times higher than that of across-laminar direction in carbon/phenolic composite due to the directionality of thermal conductivity of carbon fiber. The thermal conductivities of two dimensional fiber reinforced composites were analyzed using the conductivities of constituents and volume fraction of each constituent. The thermal conductivities of carbon fiber and silica fiber were calculated from thermal conductivities of carbon/phenolic and silica/phenolic composites. The thermal conductivities of carbon/phenolic and silica/phenolic composites at RT were predicted from thermal conductivities of fiber and resin with varying the volume fraction of fiber.
The application of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites for rehabilitation of steel structures has become vital in recent years. This paper presents an experimental program and a finite element (FE) modelling approach to study the effectiveness of CFRP patch for repair of notch damaged circular hollow sectional (CHS) steel beams. The proposed modeling approach is unique because it takes into account the orthotropic behavior and stacking sequence of composite materials. Parametric study was conducted to investigate the effect of initial damage (i.e., notch depth) on flexural performance of the notched beams and effectiveness of the repair system using the validated FE models. Results demonstrated the ability of CFRP patch to repair notched CHS steel beams, restoring them to their original flexural stiffness and strength. The effect of composite patch repair technique on post-elastic stiffness was more pronounced compared to the elastic stiffness. Composite patch repair becomes more effective when the level of initial damage of beam increases.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1994.10a
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pp.160-166
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1994
In general, the problems of strengthening and repairing of deteriorated or damaged reinforced concrete members are usually worked out in situ by externally bounding steel plates using epoxy resins, which has been recognized to be one of effective and convenient methods. But the disadvantages of strengthening/repairing concrete members with externally bonded steel plates include ; (a) deterioration of the bond at the steel-concrete interface caused by the corrosion of steel ; (b) difficulty in manipulating the plate at the construction site ; (c) improper formation of joints, due to the limited delivery lengths of the steel plates ; and etc. Therefore these difficulties eventually have led to the concept of replacing the steel plates by fiber-reinforced composite sheets which are characterized by their light weight, extremely high stiffness, excellent fatigue properties, and outstanding corrosion resistance. In the paper, for the reliability assessment of reinforced concrete beams externally strengthened by carbon fiber plastic(CFRP) laminates, an attempt is made to suggest a limit state model based on the strain compatibility method and the concept of fracture mechanics. And the reliability of the proposed models is evaluated by using the AFOSM method. The load carrying capacity of the deteriorated and/or damaged RC beams is considerably increased. Thus, it may be stated that the post-strengthening of concrete beams with externally bonded CFRP materials may be one of very effective way of increasing the load carrying capacity and stiffeness characteristics of existing structures.
Jiseon, Kang;Minji, Kim;Mongyoung, Huh;Seok Il, Yun
Composites Research
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v.35
no.6
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pp.412-418
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2022
Flame-retardant vinyl ester (VE) resin films were developed from the mixtures of brominated and non-brominated epoxy resins via esterification with methacrylic acid without reactive diluents. The films were used to fabricate carbon fiber (CF) prepregs via a hot melt impregnation process. The viscosity of VE resins suitable for film production was optimized by mixing low-viscosity bisphenol-A and high-viscosity brominated bisphenol-A epoxy precursors. Increasing the bromine content of the cured VE resin further increased the limited oxygen index (LOI) (39%), storage modulus (2.4 GPa) at 25℃ and residual carbonization (16.1%) values compared to non-brominated VE. Manual layup of as-prepared VE prepregs with subsequent curing led to the successful fabrication of CF-reinforced composites with high tensile and flexural strength. The results from the study hold high promise for a styrene-free, environmentally friendly VE composite process in the future.
Benzaama, A.;Mokhtari, M.;Benzaama, H.;Gouasmi, S.;Tamine, T.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.5
no.1
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pp.129-139
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2018
The composite materials are widely used in aircraft structures. Their relative rigidity/weight gives them an important advantage over the metal structures. The objective of this work is to analyze by the finite element method the mechanical behavior of composite plate type notched with various forms under tensile load. Two basic parameters were taken into consideration. The first, the form of the notch in order to see its effect on the stress and the failure load. The second, we studied the influence of the locale orientation of fiber around the plate's notch. These parameters are studied in order to see their effects on the distribution stress and failure load of the plate. The calculation of the failure load is determined numerically with the numerical code ABAQUS using the XFEM (extended Finite Element Modeling) based on the fracture mechanics. The result shows clearly that it is important to optimize the effect of fiber orientation around the notch.
CARALL(Carbon fiber reinforced aluminum laminates) was fabricated with CFRP prepreg and A17075, using a autoclave. The mechanical properties of three samples i.e. A17075, CFRP and CARALL were also investigated as a function of size in circular holes. Theoretical approach into analysing mechanical behaviors near the circular hole notch was carried out to compare with experimental data, furthermore. By the adhesive bonding of A17075 to CFRP, abrupt strength reduction was prevented. From the consideration of modified point stress failure criterion, predicted results was well consistent with the experimental one.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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