• Structural Engineering and Mechanics
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• 제72권6호
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• pp.713-722
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• 2019

Micromechanics is a technique for the analysis of composites or heterogeneous materials which focuses on the components of the intended structure. Each one of the components can exhibit isotropic behavior, but the microstructure characteristics of the heterogeneous material result in the anisotropic behavior of the structure. In this research, the general mechanical properties of a 3D anisotropic and heterogeneous Representative Volume Element (RVE), have been determined by applying periodic boundary conditions (PBCs), using the Asymptotic Homogenization Theory (AHT) and strain energy. In order to use the homogenization theory and apply the periodic boundary conditions, the ABAQUS scripting interface (ASI) has been used along with the Python programming language. The results have been compared with those of the Homogeneous Boundary Conditions method, which leads to an overestimation of the effective mechanical properties. According to the results, applying homogenous boundary conditions results in a 33% and 13% increase in the shear moduli G₂₃ and G₁₂, respectively. In polymeric composites, the fibers have linear and brittle behavior, while the resin exhibits a non-linear behavior. Therefore, the nonlinear effects of resin on the mechanical properties of the composite material is studied using a user-defined subroutine in Fortran (USDFLD). The non-linear shear stress-strain behavior of unidirectional composite laminates has been obtained. Results indicate that at arbitrary constant stress as 80 MPa in-plane shear modulus, G₁₂, experienced a 47%, 41% and 31% reduction at the fiber volume fraction of 30%, 50% and 70%, compared to the linear assumption. The results of this study are in good agreement with the analytical and experimental results available in the literature.

• Composites Research
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• 제26권2호
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• pp.85-90
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• 2013

본 논문에서는 탄소섬유강화플라스틱 면재와 알루미늄 샌드위치 심재를 가지는 복합재 샌드위치의 제조와 3절점 굽힘 실험에 대해 연구하였다. 시편은 3가지 하니컴 종류(3.18 mm, 4.76 mm, 6.35 mm의 셀 크기)와 3가지 곡률 반지름(평판, r = 1.6 m, r = 1.3 m)을 가지도록 제작하였다. 샌드위치 곡률의 기준은 W-방향을 기준으로 제작 하였다. CFRP $2{\times}2$ 트윌의 인장에서 기계적 물성치(탄성계수, 강도, 푸아송 비)를 측정하여 그 값들을 다른 CFRP 섬유 적층판의 값과 비교하였다. 실험결과 평판 샌드위치 패널의 3절점 굽힘 실험에서 심재의 전단강도는 공개된 데이터에 비해 11-30% 낮게 나왔다. 제한된 시편 크기에서 1.3미터 곡률을 가지는 패널은 평판 패널에 비해 심재의 극한 전단강도가 0.8-3.8% 감소한 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제25권4호
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• pp.293-300
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• 2012

본 논문에서는 직교이방성 적층평판에서의 균열생성 및 전파로 이루어진 층간분리해석을 다룬다. 기존의 p-유한요소가 가지고 있는 요소의 강건성을 균열진전해석에 적용하여, 균열진전시 모델링을 재구성하지 않고, 균열 선단부에 해당되는 꼭지점 모드의 위치만을 이동하도록 하여, 요소망을 단순화시켰다. 이와 같은 층간분리해석에 대해서 이 논문에서의 주요 목적은 다음 두 가지이다. 첫째, 적층복합 재료의 층간분리해석 시, 일반적인 유한요소 모델과 비교하여 매우 간단한 요소망을 가지는 모델을 제안하는 것이다. 모델의 타당성을 평가하기 위해 적층 복합재료로 구성된 이중 외팔보 해석을 통하여, 기존 참고문헌 값과의 비교를 수행하였다. 둘째, 제안된 모델을 내부균열을 갖는 적층평판의 층간분리해석에 적용하여 여러 가지 거동 양상에 대한 평가이다. 이와 같은 목적을 수행하기 위하여 로바토 형상함수를 이용한 완전층별요소가 고려되었으며, 선형탄성파괴역학에 기초한 3차원 가상균열닫힘법을 이용하여 에너지 방출률을 산정하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권4호
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• pp.233-240
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• 2019

인장 강도는 복합 재료를 설계하기 위한 필수 변수이므로 개방 홀 인장 시험을 통해 복합 재료의 인장 강도를 측정한다. 그러나 인장 시험을 올바르게 모델링하는 것은 섬유와 매트릭스 손상, 층간분리 및 섬유와 매트릭스 사이의 손상 같은 다양한 손상을 수반하기 때문에 매우 어려운 과제다. 따라서 섬유와 매트릭스 사이의 면내 파괴 및 층간분리를 평가하기 위해 본 연구에서는 점진적 손상 모델을 개발하였다. 하신 손상 모델과 응집 영역 접근법을 층과 층간분리를 모델링하는데 사용하였다. 현재 모델의 결과를 이전에 발표된 실험 및 수치 결과와 비교하여 검증하였다. 이를 통해 유한요소해석에서 층간분리를 무시하면 인장 강도가 과대평가 된다는 것을 확인할 수 있었다.

• Composites Research
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• 제22권3호
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• pp.60-65
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• 2009

본 인구에서는 탄소섬유강화 복합재 구조물의 실제 사용조건인 환경에 따른 기계적 특성 연구를 수행하기 위하여, $[0_6]_T$, $[90_{12}]_T$, $[0_{16}]_T$, $[{\pm}45]_{5S}$, $[0/9012/0]_T$, $[0/45/-45/45/-45/0]_{3S}$의 실험을 통해, 복합재의 강도와 강성을 측정 하였다. 실험 결과, 환경조건에서 복합재의 파손 거동을 파악하고 설계관련 데이터베이스를 확보하였다. 저은 건조 조건에서 강도의 증가는 저온($-55^{\circ}C$)에서 섬유 촉은 모재의 취성 증가의 요인으로 분석된다. 고온다습 조건의 진단강도와 전단탄성계수 감소는 침투한 수분에 의해 섬유와 모재의 결합부의 물성이 저하한 것으로 분석된다.

• Advances in concrete construction
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• 제10권1호
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• pp.35-48
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• 2020

This paper deals with a comparative study among three different rehabilitation techniques, namely, (i) carbon fibre reinforced polymer (CFRP), (ii) glass fibre reinforced polymer (GFRP) and (iii) ferrocement on the flexural strengthening of reinforced cement concrete (RCC) beams. As these different techniques have to be compared on a level playing field, tensile coupon tests have been carried out initially for GFRP, CFRP and ferrocement and the number of layers required in each of these composites in terms of the tensile strength. It was found that for the selected constituents of the composites, one layer of CFRP was equivalent to three layers of GFRP and five layers of wiremesh reinforcement in ferrocement. Rehabilitation of RCC beams using these equivalent laminates shows that all the three composites performed in a similar way and are comparable. The parameters selected in this study were (i) the strengthening material and (ii) the level of pre-distress induced to the beams prior to the rehabilitation. It was noticed that, as the levels of pre-distress decreases, the percentage attainment of flexural capacity and flexural stiffness of the rehabilitated beams increases for all the three selected composites used for rehabilitation. Load-deflection behavior, failure modes, energy absorption capacity, displacement ductility and curvature ductility were compared among these composites and at different distress levels for each composite. The results indicate that ferrocement showed a better performance in terms of ductility than other FRPs, and between the FRPs, GFRP exhibited a better ductility than the CFRP counterpart.

• Composites Research
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• 제15권2호
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• pp.1-10
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• 2002

본 논문에서는 특성길이 방법과 실험을 통하여 핀하중을 받는 평직 유리/에폭시 적층판 체결부의 강도를 평가하였다. 특성길이 및 강도에 영향을 미치는 인자들의 효과를 연구하기 위해, 핀과 원공이 접하는 부분에 코사인 하중을 가할 경우와, 적절한 변위경계조건으로 처리할 경우, 접촉요소를 사용하여 비선형 해석을 수행하는 경우 등 총 세가지 방법으로 특성길이 및 강도를 계산하였다. 또한 체결부의 강도는 사용하는 파손식의 영향을 받게 되므로 Tsai-Wu 파손식과 Yamada-Sun 파손식을 사용하여 결과를 비교하였다. 평직으로 이루어진 적층판과 일방향 프리프레그로 이루어진 적층판 모두에서 접촉요소를 사용한 비선형 해석이 시험과 가장 일치하는 결과를 나타내었다. 일방향 프리프레그만을 사용한 적픙판 체결부에서와 달리 모든 층이 평직으로 이루어진 유리/에폭시 채결부의 경우 Tsai-Wu 파손식을 사용한 결과가 실험값과 더 잘 일치함을 알 수 있었다.

• 수산해양기술연구
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• 제32권4호
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• pp.402-410
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• 1996

Recently carbon fiber reinforced plastic(CFRP) has been used structural materials in corrosive environment such as for water, chemical tank and chemical pipes. However, mechanical properties of such materials may change when CFRP are exposed to corrosive environment for long periods of time. Therefore, it is important to understand the effect of moisture absorption on mechanical properties of the CFRP. In this study, degradation behavior of immersed carbon fiber/epoxy resin composite material was investigated using acoustic emission(AE) technique. Fracture toughness test are performed on the compact tension(CT) test specimens that are pilled by two types of laminates $[0^{\circ}_2$/$90^{\circ}_2]_3s$ and $[0^{\circ}_2$/$90^{\circ}_2]_6s$During the fracture toughness test, AE test was carried out to monitor the damage of CFRP by moisture absorption. In spite of the change of moisture absorption rate, the fracture toughness of CFRP was not change. As immersion time increased, AE event count numbers decreased in low amplitude range of AE for amplitude distribution histogram. The event in low amplitude range was known to be generated by debonding of matrix-fiber interface. Therefore, decrease of AE event count numbers in low amplitude range represents that debonding of matrix-fiber interface which was probably generated by moisture absorption.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제11권3호
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• pp.174-180
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• 1998

In this work, the properties of FRP, which is applied recently in the composite insulating materials, by thermal treatment were investigated. The specimens were epoxy glass laminates fabricated by thermal press method and had the volume content of 46[%] cutted $45^{\circ}C$ in the fiber direction and 1.0[mm] thickness. The experimental results showed that the amount of weight loss, wettability, surface potential, and surface resistivity increased up to 200[$^{\circ}C$] as a function of temperature. Usually, most degradations caused the hydrophilic to decrease the contact angle. But, in this work on thermal-degradated FRP, we can confirm the introduction of hydrophobic properties by cross-linking and the ablation of polar small-molecules rather than chain scission and oxidation. Finally, weight loss and contact angle increased. These phenomena show the existence of hydrophobic surface. With the change to the hydrophobic surface and the electrical potential and resistivity on FRP surface increased. But, the dielectric properties and tensile stength are decreased.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제61권4호
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• pp.475-481
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• 2017

An overhead travelling crane structure of two doubly symmetric welded box beams is designed for minimum cost. The rails are placed over the inner webs of box beams. The following design constraints are considered: local buckling of web and flange plates, fatigue of the butt K weld under rail and fatigue of fillet welds joining the transverse diaphragms to the box beams, fatigue of CFRP (carbon fibre reinforced plastic) laminate, deflection constraint. For the formulation of constraints the relatively new standard for cranes EN 13001-3-1 (2010) is used. To fulfill the deflection constraint CFRP strengthening should be used. The application of CFRP materials in strengthening of steel and concrete structures are widely used in civil engineering applications due to their unique advantages. In our study, we wanted to show how the mechanical properties of traditional materials can be improved by the application of composite materials and how advanced materials and new production technologies can be applied. In the optimization the following cost parts are considered: material, assembly and welding of the steel structure, material and fabrication cost of CFRP strengthening. The optimization is performed by systematic search using a MathCAD program.