Park, Ji-Won;Kim, Hoon;Lee, Jung-Hun;Jang, Seong-Wook;Kim, Hyun-Joong
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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v.46
no.2
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pp.189-201
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2018
Intumescent system is a highly effective flame retardant technology that takes advantage of the mechanism of foaming and carbonization. In order to materialize Intumescent system, it is necessary to use reinforcement material to improve the strength of the material. In this study, we used kenaf as a natural fiber to manufacture intumescent/EVA (ethylene vinyl acetate) composites to improve mechanical and flame retardant performance. Finally two materials with different particle shape are applied to one system. Therefore, the influence factors of the particles with different shapes on the composite material were analyzed based on the tensile test. For this purpose, we have used the tensile strength analysis model and confirmed that it can only act as a partial strength reinforcement due to weak binding force between the matrix and particles. In the combustion characteristics analysis using cone calorimeter and UL 94, the combustion characteristics were enhanced as the content of Intuemscent was increased. As the content of kenaf increased, combustion characteristics were strengthened and carbonization characteristics were weakened. Through the application of kenaf, it can be confirmed that elastic modulus improvement and combustion characteristics can be strengthened, which confirmed the possibility of development of environmentally friendly flame retardant materials.
Cracking of the reinforcements is a significant damage mode in particle or short-fiber reinforced composites because the broken reinforcements lose load carrying capacity. This paper deals with elastic stress distributions and load carrying capacity of intact and cracked ellipsoidal inhomogeneities. Three dimensional finite element analysis has been carried out on intact and broken ellipsoidal inhomogeneities in all infinite body under pure shear. For the intact inhomogeneity, the stress distribution is uniform in the inhomogeneity and non-uniform in the surrounding matrix. On the other hand, for the broken inhomogeneity, the stress in the region near crack surface is considerably released and the stress distribution becomes more complex. The average stress in the inhomogeneity represents its load carrying capacity, and the difference of average stresses between the intact and broken inhomogeneities indicates the loss of load carrying capacity due to cracking damage. The broken inhomogeneity with higher aspect ratio maintains higher load carrying capacity.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.9
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pp.1284-1296
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2004
In order to investigate effects of anisotropic fiber packing on stresses in composites, a Volume Integral Equation Method is applied to calculate the elastostatic field in an unbounded isotropic elastic medium containing multiple orthotropic inclusions subject to remote loading, and a Mixed Volume and Boundary Integral Equation Method is introduced for the solution of elastostatic problems in unbounded isotropic materials containing multiple anisotropic inclusions as well as one void under uniform remote loading. A detailed analysis of stress fields at the interface between the isotropic matrix and the central orthotropic inclusion is carried out for square, hexagonal and random packing of orthotropic cylindrical inclusions, respectively. Also, an analysis of stress fields at the interface between the isotropic matrix and the central orthotropic inclusion is carried out, when it is assumed that a void is replaced with one inclusion adjacent to the central inclusion of square, hexagonal and random packing of orthotropic cylindrical inclusions, respectively, due to manufacturing and/or service induced defects. The effects of random orthotropic fiber packing on stresses at the interface between the isotropic matrix and the central orthotropic inclusion are compared with the influences of square and hexagonal orthotropic fiber packing on stresses. Through the analysis of plane elastostatic problems in unbounded isotropic matrix with multiple orthotropic inclusions and one void, it will be established that these new methods are very accurate and effective for investigating effects of general anisotropic fiber packing on stresses in composites.
Particle reinforced composites are materials that have enhanced physical properties by adding particle reinforcements to polymer materials and have been applied to a wide range of fields such as the aerospace, bio-technology and automative industry. In this study, particle reinforced composites were prepared by mixing $SiC/Al_2O_3$ to the vinyl ester as the thermoset resin. The purpose of this study is to evaluate mechanical properties and fracture behavior by the tensile test and single edge notch specimen according to the addition ratio of reinforcement. Addition of 1 and 2 wt% of the particle reinforcement to the vinyl-ester resin was effective for the strength improvement. However, when it was more than 3 wt%, its strength was decreased. Also the highest elastic modulus obtained as 3.19 GPa was found at the 2 wt% addition of reinforcement. Futhermore the fracture toughness was evaluated by the energy release rate and the maximum critical energy release rate was obtained when 1 wt% reinforcement. The results show that the limit of adding of $SiC/Al_2O_3$ for improvement of the mechanical and fracture performance is 2 wt% reinforcement particles.
Kim, Dae-Sik;Park, Joung-Man;Jung, Jin-Kyu;Kong, Jin-Woo;Yoon, Dong-Jin
Composites Research
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v.17
no.4
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pp.61-67
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2004
Nondestructive damage sensitivity on single-basalt fiber/epoxy composites was evaluated by micromechanical technique and acoustic emission (AE). Piezoelectric lead-zirconate-titanate (PZT), polyvinylidene fluoride (PVDF) and poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) copolymer were used as AE sensor, respectively. In single-fiber composite, the damage sensing with different sensor types were compared to each other. Piezoelectric PVDF polymer sensor was embedded in and attached on the composite, whereas PZT sensor was only attached on the surface of specimen. In case of embedded polymer sensors, responding sensitivity was higher than that of the attached case. It can be due to full constraint inside specimen to transfer elastic wave coming from micro-deformation. For both the attached and the embedded cases, the sensitivity of P(VDF-TrFE) sensor was almost same as that of conventional PVDF sensor.
Im, Kwang-Hee;David K. Hsu;Song, Sung-Jin;Park, Je-Woung;Sim, Jae-Ki;Yang, In-Young
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.18
no.1
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pp.65-73
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2004
Composites are a material class for which nondestructive material property characterization is as important as flaw detection. Laminates of fiber reinforced composites often possess strong in-plane elastic anisotropy attributable to the specific fiber orientation and layup sequence when waves are propagating in the thickness direction of composite laminates. So the layup orientation greatly influences its properties in a composite laminate. It could result in the part being .ejected and discarded if the layup orientation of a ply is misaligned. A nondestructive technique would be very beneficial, which could be used to test the part after curing and requires less time than the optical test. Therefore a ply-by-ply vector decomposition model has been developed, simplified, and implemented for composite laminates fabricated from unidirectional plies. This model decomposes the transmission of a linearly polarized ultrasound wave into orthogonal components through each ply of a laminate. Also in order to develop these methods into practical inspection tools, motorized system have been developed for different measurement modalities for acquiring ultrasonic signals as a function of in-plane angle. It is found that high probability shows between the model and tests developed in characterizing cured layups of the laminates.
This paper predicted the engineering constants of spatially reinforced carbon/ carbon composites and analyzed the mechanical behaviour of the kick motor nozzle. Those equivalent engineering constants are used to analyze the mechanical behaviour of the kick motor nozzle. Because the distribution of equivalent engineering constants is varying as change its structure, we made a program to predict engineering constants of spatially reinforced composites. The kick motor nozzle consists of graphite or spatially reinforced carbon/ carbon composites for the nozzle throat, carbon/ phenol for the nozzle entrance and the expansion part, and steel for the outer surface of the expansion part. The 4-D carbon/ carbon composite shows the smallest deformed shape of the nozzle throat, which has a favorable effect on the rocket thrust, and the most uniform deformation of all nozzle throat materials. In addition to analysis, ground firing tests of 4D C/ C nozzle throat and graphite nozzle throat were performed.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.8
no.4
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pp.537-544
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2020
The interfacial transition zone(ITZ) which is the boundary layer between cement composites and aggregates is considered to be the region of gradual transition, heterogeneous, and the weakest part of concrete. For the development of lightweight high strength concrete, it is essential to evaluate the mechanical properties of ITZ between high strength concrete with low water-binder ratio and lightweight aggregates. However, the mechanical properties of ITZ are not well established due to its high porosity and complex structure. Furthermore, the properties of ITZ in concrete using lightweight aggregates are dominated by more various variations (e.g. water-binder ratio, water absorption capacity of aggregate, curing conditions) than normal-weight aggregate concrete. This study aims to elucidate the mechanical properties of ITZ in lightweight high-strength cement composites according to the types of aggregates and the aggregate sizes. Nanoindentation analysis was used to evaluate the elastic modulus of ITZ between high strength cement composites with the water-binder ratio of 0.2 and normal sand, lightweight aggregate with different aggregate siz es of 2mm and 5mm in this study.
Yang Zhang;Yanping Zhu;Pengfei Ma;Shuilong He;Xudong Shao
Advances in concrete construction
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v.15
no.6
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pp.359-376
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2023
Ultra-high-performance concrete (UHPC) has become an attractive cast-in-place repairing material for existing engineering structures. The present study aims to investigate age-dependent high-early-strength UHPC (HESUHPC) material properties (i.e., compressive strength, elastic modulus, flexural strength, and tensile strength) as well as interfacial shear properties of HESUHPC-normal strength concrete (NSC) composites cured at different season temperatures (i.e., summer, autumn, and winter). The typical temperatures were kept for at least seven days in different seasons from weather forecasting to guarantee an approximately consistent curing and testing condition (i.e., temperature and relative humidity) for specimens at different ages. The HESUHPC material properties are tested through standardized testing methods, and the interfacial bond performance is tested through a bi-surface shear testing method. The test results quantify the positive development of HESUHPC material properties at the early age, and the increasing amplitude decreases from summer to winter. Three-day mechanical properties in winter (with the lowest curing temperature) still gain more than 60% of the 28-day mechanical properties, and the impact of season temperatures becomes small at the later age. The HESUHPC shrinkage mainly occurs at the early age, and the final shrinkage value is not significant. The HESUHPC-NSC interface exhibits sound shear performance, the interface in most specimens does not fail, and most interfacial shear strengths are higher than the NSC-NSC composite. The HESUHPC-NSC composites at the shear failure do not exhibit a large relative slip and present a significant brittleness at the failure. The typical failures are characterized by thin-layer NSC debonding near the interface, and NSC pure shear failure. Two load-slip development patterns, and two types of main crack location are identified for the HESUHPC-NSC composites tested in different ages and seasons. In addition, shear capacity of the HESUHPC-NSC composite develops rapidly at the early age, and the increasing amplitude decreases as the season temperature decreases. This study will promote the HESUHPC application in practical engineering as a cast-in-place repairing material subjected to different natural environments.
Applications of composite materials have been in progress noticeably in manufacturing areas of automotive, aircraft and in other industries, resulting in ensuing research activities. Carbon-epoxy, one of major composite materials, is investigated for its thermal characteristics. Upon treatments of the composite material with repeated heatings and coolings variations of its elastic constants are monitored to reveal the thermal nature of the composite material. In this study, generally, changes in elastic constants are observed to occur mostly during the first 10~20 thermal cycles. Values of G(sub)13 remain almost unchanged except a minor decrease. However in the observed small changes thermal shocks produce less effect than thermal fatigues. On the other hand, values of $E_1$show gradual increases with the num-ber of applied thermal cycles and temperatures. Meanwhile, values of $E_2$ and G(sub)23 decrease to a certain extent in the early stage during the applications of thermal cycling but are not appreciable affected by frequencies of thermal cy-cles. Also, thermal shocks are observed to induce different effects depending on treatment temperatures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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