Local buckling behaviors of aluminum square tube beams reinforced by aluminum plates under three point bending loads have been analyzed using experimental tests combined with theoretical and finite element analyses. For this analysis true stresses were determined from applied loads and cross-sectional area records of a tensile specimen with a rectangular cross-section by real-time photographing. True strains were also obtained from in-situ local elongation measurements of the specimen gage portion by the multi-point scanning laser extensometer. Six kinds of aluminum tube beam specimens reinforced by aluminum plates were employed for the bending test. The bending deformation behaviors up to the maximum load analyzed by the numerical simulation agreed well with experimental ones. After passing the maximum load, reinforcing plate hindering the local buckling of the tube beam was debonded from the aluminum tube beam. An aluminum tube beam strengthened by aluminum plate on the upper web showed the most excellent bending capacity, which could be explained on the basis of the neutral axis shift and the local buckling deformation range.
The present work pays emphasis on investigating the effect of different types of debonding on the bending behaviour of active sandwich beam, consisting of both extension and shear actuators. An active sandwich beam finite element is formulated by using Timoshenko's beam theory, characterized by first order shear deformation for the core and Euler-Bernoulli's beam theory for the top and bottom faces. The problem of debondings of extension actuator and face are dealt with by employing four-region model for inner debonding and three-region model for the edge debonding respectively. Displacement based continuity conditions are enforced at the interfaces of different regions using penalty method. Firstly, piezoelectric actuation of healthy sandwich beam is assessed through deflection analysis. Then the effect of actuators' debondings with different boundary conditions on bending behavior is computationally evaluated and experimentally clamped-free case is validated. The results generated will be useful to address the damage tolerant design procedures for smart sandwich beam structures with structural control and health monitoring applications.
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.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.5
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pp.171-180
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2005
Bending performances of aluminum square tube beams reinforced by aluminum plates under three point bending loads have been evaluated using experimental tests combined with theoretical and finite element analyses. A finite element simulation for the three-point bending test was performed. Basic properties of aluminum materials used for initial input data of the finite element simulation were obtained from the true stress-true strain curves of specimens which had been extracted from the Al tube beams. True stresses were determined from applied loads and cross-sectional area records of a tensile specimen with a rectangular cross-section by real-time photographing, and true strains were obtained from in-situ local elongation measurements of the specimen gage portion by the multi-point scanning laser extensometer. Six kinds of aluminum tube beam specimens adhered by aluminum plates were employed fur the bending test. The bending deformation behaviors up to the maximum load described by the numerical simulation were in good agreement with experimental ones. After passing the maximum load, reinforcing plate was debonded from the aluminum tube beam. An aluminum tube beam strengthened by aluminum plate on the upper web showed an excellent bending capability.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.55
no.3
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pp.113-121
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2013
Recently, it has been studied for the application of nano-materials in the concrete. Applied a small amount of nano-materials can achieve the goal of high strength, high performance and high durability. The small addition of nano clay improves strength, thermal stability, and durability of concrete because of the excellent dispersion. The present study has investigated the effectiveness, when varying with the contents of nano clay, influencing the pull-out behavior of macro synthetic fibers in nano materials cement mortar. Pullout tests conducted in accordance with the Japan Concrete Institute (JCI) SF-8 standard for fiber-reinforced concrete test methods were used to evaluate the pullout performance of the different nano clay. Nano clay was added to the 0, 1, 2, 3, 4 and 5 % of cement weight. The experimental results demonstrated that the addition of nano clay led to improve the pull-out properties as of the load-displacement curve in the precracked and debonded zone. Also, the compressive strength, flexural strength and pullout performance and of Mix No. 1 and No. 2 increased up to the point when nano clay used increased by 2 and 3 % contents, respectively, but decreased when the exceeded 3 and 4 %, respectively. It was proved by verifying increase of the scratching phenomenon in macro synthetic fiber surface through the microstructure analysis on the surface of macro synthetic fiber.
Multilayer NbCxC1-x/Y2O3/Ti were sputter-coated on the alumina substrate, starting with a 0.7 ㎛ thick NbCxC1-x layer grown on substrate, followed by 0.7 ㎛ thick Y2O3 layer and 1 ㎛ thick Ti layer. To find out the optimum conditions for thickness uniformity and adhesion, sputtering works have been done with the variation of sputtering power and Ar pressure. After vacuum annealing at 950℃ and 1000℃, the thermal stability of the NbCxC1-x/Y2O3/Ti coated alumina substrates has been investigated by peel off test. The coating scheme didn't cause any debonded layer after an annealing at 950℃ for 3hrs. However, it was peeled off after annealing at 1000℃ for 3hr. It was found that the thermal stability of Al2O3/NbCxC1-x/Y2O3/Ti coating scheme changed with the NbCxC1-x composition.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.6
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pp.627-634
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2007
A bonded plate or a coated part can be debonded by external impact or thermal expansion. To analyse adhesive strength, the blister test is generally adopted. In this paper, a blister test is modelled theoretically and then the stability and bifurcation of the blister are studied under several different cases. The blister is simplified to consist of a pure bending plate attached elastically to the rigid substrate. Expression of the energy release rate is obtained as a form of an explicit function for a circular-type blister or tunnel-type blister grown by controlling the internal pressure or internal volume. Stability and bifurcation are also studied in the frame of the quasi-static evolution. The study shows that the circular- type blister propagates with the first mode of bifurcation and that the tunnel-type blister propagates with a regular wave. It is proved that the waves have the same form on two side lines of the tunnel and that the wave length can be obtained. When the internal pressure is controlled, the blister is unstable, but when the internal volume is controlled, it is stable.
This study investigated the effects of surface treatment on the tensile bond strength of resinbonded prosthesis. The Rexillium III specimens were treated with $50{\mu}m\;Al_2O_3$ blasting. Type IV gold alloy specimens were treated with $400^{\circ}C$ heating and tin plating method. All specimens were bonded with MBAS composite resin cement and followed by immersion test into the $37^{\circ}C$ water bath for 7 days. The specimens were debonded in tension with an Instron machine and observed with SEM. The modes of failure were recorded also. The following conclusions were obtained : 1. The tensile bond strength decreased in following order. $50{\mu}m\;Al_2O_3$ basted Resillium III group, Type IV gold alloy group treated with $400^{\circ}C$ heat and tin plating type IV gold alloy group, and statistical significant differences were observed(p<0.05). 2. The tensile bond strength decreased in all groups after 7 days immersion test, but statistical significant differences were observed in Rexillium III specimens only. 3. The sharp and irregular surface were observed in Rexillium III, but $400^{\circ}C$ heat treated and tin plated groups had round and broad surface in SEM. 4. The models of bond failure were cohesive-adhesive failure mainly.
The depth of superstructure is the summation of the height of girders and the thickness of the deck floor. In this study, it is aim to determine the maximum span length of girders and minimum depth of the superstructure of prestressed concrete I-girder bridge. For this purpose the superstructure of the bridge with the width of 10m and the thickness of the deck floor of 0.175m, which the girders length was changed by two meter increments between 15m and 35m, was taken into account. Twelve different girders with heights of 60, 75, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170 and 180 cm, which are frequently used in Turkey, were chosen as girder type. The analyses of the superstructure of prestressed concrete I girder bridge was conducted with I-CAD software. In the analyses AASHTO LRFD (2012) conditions were taken into account a great extent. The dead loads of the structural and non-structural elements forming the bridge superstructure, prestressing force, standard truck load, equivalent lane load and pedestrian load were taken into consideration. HL93, design truck of AASHTO and also H30S24 design truck of Turkish Code were selected as vehicular live load. The allowable concrete stress limit, the number of prestressed strands, the number of debonded strands and the deflection parameters obtained from analyses were compared with the limit values found in AASHTO LRFD (2012) to determine the suitability of the girders. At the end of the study maximum span length of girders and equation using for calculation for minimum depth of the superstructure of prestressed concrete I-girder bridge were proposed.
This paper investigates the effect of utilizing vacuum bagging process to enhance the bond behavior between fiber reinforced polymer (FRP) composites and concrete substrate. Sixty specimens were prepared and tested using double-shear bond test. The effect of various parameters such as vacuum, fiber type, and FRP sheet length and width on the bond strength were investigated. The experimental results revealed that utilizing vacuum leads to improve the bond behavior between FRP composites and concrete. Both the ultimate bond forces and the maximum displacements were enhanced when applying the vacuum which leads to reduction in the amount of FRP materials needed to achieve the required bond strength compared with the un-vacuumed specimens. The efficiency of the enhancement in bond behavior due to vacuum highly depends on the fiber type; using carbon fiber showed higher enhancement in the bond strength compared to the glass fiber when vacuum was applied. On the contrary, specimens with glass fiber showed higher enhancement in the maximum slippage compared to specimens with carbon fibers. Utilizing vacuum does not affect the debonding failure modes but lead to increase in the amount of attached concrete on the surface of the debonded FRP sheet.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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