The effect of nanoparticle volume fraction on the elastic properties of a polymer-based nanocomposite was experimentally investigated and the obtained results were compared with various existing theoretical models. The nanocomposite was consisted of high density polyethylene (HDPE) as polymeric matrix and 0, 0.5, 1 and 1.5 wt.% multi walled carbon nanotubes (MWCNTs) prepared using twin screw extruder and injection molding technique. Nanocomposite samples were molded in injection apparatus according to ASTM-D638 standard. Therefore, in addition to morphological investigations of the samples, tensile tests at ambient temperature were performed on each sample and stress-strain plots, elastic moduli, Poisson's ratios, and strain energies of volume units were extracted from primary strain test results. Tensile test results demonstrated that 1 wt.% nanoparticles presented the best reinforcement behavior in HDPE-MWCNT nanocomposites. Due to the agglomeration of nanoparticles at above 1 wt.%, Young's modulus, yielding stress, fracture stress, and fracture energy were decreased and Poisson's ratio and failure strain were increased.
A meso-scale model is proposed to study filament-wound composites with fiber undulations and crossovers. First, the crossover and undulation region is classified as the circumferential undulation and the helical undulation. Next, the two undulations are separately regarded as a series of sub-models to describe the meso-structure of undulations by using meso-parameters such as fiber orientation, fiber inclination angle, resin rich area, fiber volume fraction and bundle cross section. With the meso-structure model and the classic laminate theory, a method for calculating the stiffness of filament wound composites is eventually established. The effects of the fiber inclination angle, the fiber and resin volume fraction and the resin rich area on the stiffness are studied. The numerical results show that the elastic moduli for the circumferential undulation region decrease to a great extent as compared with that of the helical undulation region. Moreover, significant decrease in the elastic and shear moduli and increase in the Poisson's ratio are also found for the resin rich area. In addition, thickness and bundle section have evident effect on the equivalent stiffness of the fiber crossover and the undulation region.
Rock behaves in a complex way due to the discontinuities. To describe the complicated failure and deformation behavior of rock, many researches were focused on the development of crack models. This study discusses the validity of the sliding and shear crack model to systematically fractured rock, i.e. coal. The model was also implemented into a numerical analysis. For that, a finite element program was modified in several ways. To describe the transverse isotropy in two-dimensional analysis, the stress-strain relationship was modified for the direction of the axis of symmetry. Also, the changes of the effective elastic moduli according to the crack growth were calculated. A simple example of two-dimensional laboratory uniaxial compression test was analyzed. The results coincided with the observations obtained from the laboratory tests.
A micromechanics-based model to simulate the elastic and elastic-plastic behavior of granular soils is developed. The model accounts for the fabric anisotropy represented by the statistical parameter of the spatial distribution of contact normals, the evolution of fabric anisotropy as a function of stress ratio, the continuous change of the co-ordination number relating to the void ratio, and the elastic and elastic-plastic microscopic contact stiffness. Using the experimental data for metallic materials, the elastic-plastic contact stiffness is derived as a power function of the normal contact force as well as the contact force initiating the yielding of contact bodies. To quantitatively assess microscopic model parameters, approximate solutions of cross-anisotropic elastic moduli are derived in terms of the micromechanical parameters.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.10
no.2
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pp.67-78
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1990
An inverse self-iterative procedure is developed to determine layer moduli which are significant for the structural evaluation of pavements in developing rational and analytical rehabilitation technique. Falling weight deflectometer(FWD) is adopted as a non-destructive testing(NDT)device. The layer elastic theory is used to interpret NDT data. The theoretical deflection basins of pavement structures obtained by full factorial design are used for a parametric study on the characteristics of deflection basins and regression analyses. Regression equations to estimate layer moduli of flexible pavements are proposed through the regression analyses of theoretical deflection basins. The relationships between the rate of change of moduli and deflections are developed for the efficient iteration. An inverse self-iterative procedure to ensure the accuracy of the layer moduli is proposed. Validity and applicability of the developed procedure are verified through various numerical model tests.
Anisotropic characteristics of deformation are important to understand the particular behavior in the pre-failure state of soils. Recent experiments show that cross-anisotropic moduli of granular soils can be expressed by functions of normal stresses in the corresponding directions, which is closely linked to micromechanical characteristics of particles. Granular soils are composed of a number of particles so that the force-displacement relationship at each contact point governs the macroscopic stress-strain relationship. Therefore, the micromechanical approach in which the deformation of granular soils is regarded as a mutual interaction between particle contacts is one of the best ways to investigate the anisotropic elastic deformation of soils. In this study, a numerical program based on the theory of micromechanics is developed. Generalized contact model for the irregular contact surface of soil particles is adopted to represent the force-displacement relationship in each contact point far the realistic prediction of anisotropic moduli. To evaluate the model parameters, a set of analytical solutions of anisotropic elastic moduli is derived in the isotropic stress condition. A detailed procedure to determine the model parameters is proposed with emphasis on the practical applicability of micromechanical program to analyze the elastic behavior of the granular soils.
Recent construction activity of infrastructures has been booming and accelerating to incur
shortage of river sand for concrete works. Thus, sea sand has been excessively used instead of
river sa.nd, that directly causes to decrease the quality and the durability of concrete, and then
might lead to the collapse of concrete structures.
The purpose of this experimental research is not only to develop high-strength concrete using
sea sand, but also to investigate mechanical properties of high-strength concrete, such as elastic
moduli, compressive strength and etc, which could be used for important design data of concrete
structures.
Rational analytic formula for elastic moduli have been proposed together with those for the
splitting tensile strength and the flexural strength, which are to be predicted from compressive
strength of concrete cylinder.
Optimum water-cement and water-binder ratio have been experimentally obtained so as to develop
high compressive strength with and without using silica fume as a admixture for concrete.
It is noted that experimental elastic moduli for high strength concrete above aCk=330kgf /cm2
are less than those by the Code. Appropriate amount of concrete mixture has been experimentally
investigated so as to develop maximum compressive, flexural and splitting tensile strength.
A hierarchical multi-scale modeling strategy devoted to the study of a Bitumen-Bound Gravel (BBG) is presented in this paper. More precisely, the paper investigates the temperature-dependent linear viscoelastic of the material when submitted to low deformations levels and moderate number of cycles. In such a hierarchical approach, 3D digital Representative Elementary Volumes are built and the outcomes at a scale (here, the sub-mesoscale) are used as input data at the next higher scale (here, the mesoscale). The viscoelastic behavior of the bituminous phases at each scale is taken into account by means of a generalized Maxwell model: the bulk part of the behavior is separated from the deviatoric one and bulk and shear moduli are expanded into Prony series. Furthermore, the viscoelastic phases are considered to be thermorheologically simple: time and temperature are not independent. This behavior is reproduced by the Williams-Landel-Ferry law. By means of the FE simulations of stress relaxation tests, the parameters of the various features of this temperature-dependent viscoelastic behavior are identified.
Dynamic rheological properties of hot pepper-soybean paste (HPSP) mixed with xanthan gum were evaluated at different gum concentrations (0.3, 0.6, and 0.9%) and fermentation times (12 and 24 week). Magnitudes of storage (G') and loss moduli (G") in the HPSP-xanthan gum mixture systems increased with an increase in frequency ($\omega$), while complex viscosity (${\eta}^*$) decreased. G' values were higher than the G" values over most of the frequency range (0.63-63 rad/sec), and were frequency-dependent. The dynamic moduli (G', G", and ${\eta}^*$) of the HPSP-xathan mixtures were lower than those of the control (0% gum). The differences between the dynamic moduli values at 12-week and 24-week fermentation decreased with increasing gum concentration, showing that xanthan gum can be used to stabilize and improve the viscoelastic rheological properties of HPSP. The G' value of the HPSP-xathan mixtures increased with an increase in gum concentration from 0.3 to 0.9%, whereas the G" decreased. The ability of xanthan gum to increase the elastic properties in the HPSP-xanthan mixture systems seemed to be the result of the incompatibility phenomena existing between xanthan gum and glutinous rice starch.
A poled lead zirconate titanate (PZT) cube specimen is subjected to impulse-type compressive stress with increasing magnitude in parallel to the poling direction at four room and high temperatures. During the ferroelastic domain switching induced by the compressive stress, electric displacement in the poling direction and longitudinal and transverse strains are measured. Using the measured responses, linear material properties, namely, the piezoelectric and elastic compliance coefficients, are evaluated by a graphical method, and the effects of stress and temperature are analyzed. Finally, the dependency of the evaluated linear material properties on relative remnant polarization is analyzed and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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