Lim, Hyoung Jun;Choi, Hoil;Yoon, Sang-Jae;Lim, Sang Won;Choi, Chi-Hoon;Yun, Gun Jin
Composite Materials and Engineering
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v.3
no.3
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pp.221-239
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2021
This paper presents a multiscale modeling method for sheet molding compound (SMC) composites through a novel bundle packing reconstruction algorithm based on a micro-CT (Computed Tomography) image processing. Due to the complex flow pattern during the compression molding process, the SMC composites show a spatially varying orientation and overlapping of fiber bundles. Therefore, significant inhomogeneity and anisotropy are commonly observed and pose a tremendous challenge to predicting SMC composites' properties. For high-fidelity modeling of the SMC composites, the statistical distributions for the fiber orientation and local volume fraction are characterized from micro-CT images of real SMC composites. After that, a novel bundle packing reconstruction algorithm for a high-fidelity SMC model is proposed by considering the statistical distributions. A method for evaluating specimen level's strength and stiffness is also proposed from a set of high-fidelity SMC models. Finally, the proposed multiscale modeling methodology is experimentally validated through a tensile test.
Arani, Ali Ghorbanpour;Navi, Borhan Rousta;Mohammadimehr, Mehdi
Steel and Composite Structures
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v.41
no.6
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pp.805-820
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2021
In this research, the buckling and free vibration of three-phase carbon nanotubes/ fiber/ polymer piezoelectric nanocomposite face sheet sandwich microbeam with microsensor and micro-actuator surrounded in elastic foundation based on modified couple stress theory (MCST) is investigated. Three types of porous materials are considered for sandwich core. Higher order (Reddy) and sinusoidal shear deformation beam theories are employed for the displacement fields. Sinusoidal surface stress effects are extracted for sinusoidal shear deformation beam theory. The equations of motion are derived by Hamilton's principle and then the natural frequency and critical buckling load are obtained by Navier's type solution. The determined results are in good agreement with other literatures. The detailed numerical investigation for various parameters is performed for this microsensor-microactuator. The results reveal that the microsensor-microactuator enhanced by increasing of Skempton coefficient, carbon nanotubes diameter length to thickness ratio, small scale factor, elastic foundation, surface stress constants and reduction in porous coefficient, micro-actuator voltage and CNT weight fraction. The valuable results can be expedient for micro-electro-mechanical (MEMS) and nano-electro-mechanical (NEMS) systems.
The results of research focusing on the experimental and numerical performance of ferrocement RC beams with openings reinforced with welded steel mesh, expanded steel mesh, fiber glass mesh, and polyethylene mesh independently are presented in this article. Casting and testing of fourteen reinforced concrete beams with dimensions of 200×100×2000 mm under concentric compression loadings were part of the research program. The type of reinforcing materials, the volume fraction of reinforcement, the number of mesh layers, and the number of stirrups are the major parameters that change. The main goal is to understand the impact of using new appealing materials in reinforcing RC beams with openings. Using ANSYS-16.0 Software, nonlinear finite element analysis (NLFEA) was used to demonstrate the behavior of composite RC beams with openings. A parametric study is also conducted to discuss the variables that can have the greatest impact on the mechanical behavior of the proposed model, such as the number of openings. The obtained experimental and numerical results demonstrated the FE simulations' acceptable accuracy in estimating experimental values. Furthermore, demonstrating that the strength gained of specimens reinforced with fiber glass meshes was reduced by approximately 38% when compared to specimens reinforced with expanded or welded steel meshes is significant. In addition, when compared to welded steel meshes, using expanded steel meshes in reinforcing RC beams with openings results in a 16 percent increase in strength. In general, when ferrocement beams with openings are tested under concentric loadings, they show higher-level ultimate loads and energy-absorbing capacity than traditional RC beams.
The current study looks at the experimental and numerical performance of ferrocement RC channel slabs reinforced with welded steel mesh, expanded steel mesh, and fiber glass mesh individually. Ten RC channel slabs with dimensions of 500 mm×40 mm×2500 mm were subjected to flexural loadings as part of the testing program. The type of reinforcing materials, the number of mesh layers, and the reinforcement volume fraction are the key parameters that can be changed. The main goal is to determine the impact of using new inventive materials to reinforce composite RC channel slabs. Using ANSYS -16.0 Software, nonlinear finite element analysis (NLFEA) was used to simulate the behavior of composite channel slabs. Parametric study is also demonstrated to identify variables that can have a significant impact on the model's mechanical behavior, such as changes in slab dimensions. The obtained experimental and numerical results indicated that FE simulations had acceptable accuracy in estimating experimental values. Also, it's significant to demonstrate that specimens reinforced with fiber glass meshes gained approximately 12% less strength than specimens reinforced with expanded or welded steel meshes. In addition, Welded steel meshes provide 24% increase in strength over expanded steel meshes when reinforcing RC channel slabs. In general, ferrocement specimens tested under flexural loadings outperform conventional reinforced concrete specimens in terms of ultimate loads and energy absorbing capacity.
The current study examines the experimental and numerical performance of reinforced concrete (RC) channel slabs made of ferrocement that have been reinforced with fiber glass, expanded steel mesh, and welded steel mesh. As part of the testing program, ten RC channel slabs with dimensions of 500 mm×40 mm×2500 mm were loaded flexibly. The three main factors that can be altered are the mesh layer count, the type of reinforcing materials, and the reinforcement volume fraction. The main objective is to assess the effects of fortifying composite RC channel slabs with novel inventive materials. ANSYS-16.0 Software was used to simulate the behavior of composite channel slabs using nonlinear finite element analysis (NLFEA). It also shows how parametric analysis can be used to pinpoint variables like variations in slab dimensions that could significantly affect the mechanical behavior of the model. The obtained experimental and numerical results showed that finite element (FE) simulations had a tolerable degree of accuracy in estimating experimental values. It is crucial to show that specimens strengthened with fiber glass meshes gained about 12% lessstrength than specimens strengthened with expanded or welded steel meshes. In addition, RC channel slab reinforcement made of welded steel meshes has a 24% higher strength than expanded steel meshes. Tested under flexural loads, ferrocement specimens outperform conventional reinforced concrete specimens in terms of ultimate loads and energy absorption.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.26
no.2
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pp.219-226
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2020
Nondestructive testing is one of the most commonly used quality inspection methods for evaluating ship structures. However, accurate evaluation is dif icult because various composite materials, such as reinforcements, resin, and fiber-reinforced plastics (FRPs), are used in hulls, and manufacturing quality differences are likely to exist owing to the fabrication environment and the skill level of workers. This possibility is especially true for FRP ships because they are significantly thicker than other structures, such as automobiles and aircraft, and are mainly manufactured using the hand lay-up method. Because the density of a material is a critical condition for ultrasonic inspection, in this study, a hull plate was selected from a vessel manufactured using e-glass fiber, which is widely used in the manufacture of FRP vessels with the weight fraction of the glass content generally considered. The most suitable ultrasonic testing conditions for the glass FRP hull plate were investigated using a pulse-echo ultrasonic gauge. A-scans were performed with three probes (1.00, 2.25, and 5.00 MHz), and the results were compared with those of the hull plate thickness measured using a Vernier caliper. It was found that when the probe frequency was higher, the eco-pulse velocity of the receiver had to be lowered to obtain accurate measurement results, whereas fewer errors occurred at a relatively low probe frequency.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.1
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pp.148-156
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2020
The paper is a summary of the results of the basic pullout test which is conducted to evaluate the anchorage capacity of high strength headed bars that is mechanical anchored vertically on steel fiber reinforced concrete members. The main experimental parameters are volume fraction of steel fiber, concrete strength, anchorage length, yield strength of headed bars, and shear reinforcement bar. Both sides of covering depth of the specimen are planned to double the diameter of the headed bars. The hinged point is placed at the position of each 1.5𝑙dt and 0.7𝑙dt around the headed bars, and the headed bars are drawn directly. As a result of pullout test experiment, concrete fracture and steel tensile rupture appear by experimental parameters. The compressive strength of concrete is 2.7~5.4% higher than that of steel fiber with the same parameters, while the pullout strength is 20.9~63.1% higher than that of steel fiber without the same parameters, which is evaluated to contribute greatly to the improvement of the anchorage capacity. The reinforcements of shear reinforcements parallel to the headed bars increased 1.7~7.7% pullout strength for steel fiber reinforced concrete, but the effect on the improvement of the anchorage capacity was not significant considering the increase in concrete strength. As with the details of this experiment, it is believed that the design formula for the anchorage length of KCI2017and KCI2012 are suitable for the mechanical development design of SD600 head bar that is perpendicular to the steel fiber reinforced concrete members.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.2
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pp.122-129
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2017
The aim of this study is a large amount use of recycled aggregates. The considering recycled aggregates replacement ratio is 50% that of natural aggregates. In order to increase the shear capacity of beams, that may be weaken by use of recycled aggregates, steel fibers are reinforced. The main variables are steel fiber volume fractions such as 0%, 0.5%, 0.75% and 1.0%. After the test, it could confirm that the strength and deformation capacity of beams with the steel fiber content values of 0.5% and 0.75% are comprehensively enhanced compared to non reinforcement. After evaluating the shear strength by using shear strength equations of previous researches, it concluded that the strength equation of Oh et al. (2008) is able to predict the shear strength of SFRC beams on the safety side.
Pellegrini-Cervantes, M.J.;Barrios-Durstewitz, C.P.;Nunez-Jaquez, R.E.;Baldenebro-Lopez, F.J.;Corral-Higuera, R.;Arredondo-Rea, S.P.;Rodriguez-Rodriguez, M.;Llanes-Cardenas, O.;Beltran-Chacon, R.
Carbon letters
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v.26
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pp.18-24
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2018
Pollution of chloride ion-reinforced concrete can trigger active corrosion processes that reduce the useful life of structures. Multifunctional materials used as a counter-electrode by electrochemical techniques have been used to rehabilitate contaminated concrete. Cement-based pastes added to carbonaceous material, fibers or dust, have been used as an anode in the non-destructive Electrochemical Chloride Extraction (ECE) technique. We studied the performance of the addition of Carbon Fiber (CF) in a cement-graphite powder base paste used as an anode in ECE of concretes contaminated with chlorides from the preparation of the mixture. The experimental parameters were: 2.3% of free chlorides, 21 days of ECE application, a Carbon Fiber Volume Fraction (CFVF) of 0.1, 0.3, 0.6, 0.9%, a lithium borate alkaline electrolyte, a current density of $4.0A/m^2$ and a cement/graphite ratio of 1.0 for the paste. The efficiency of the ECE in the traditional technique using metal mesh as an anode was 77.6% and for CFVF of 0.9% it was 90.4%, with a tendency to increase to higher percentages of the CFVF in the conductive cement-graphite paste, keeping the pH stable and achieving a homogeneous ECE in the mass of the concrete contaminated with chlorides.
Kim, Seon-Du;Choi, Kyoung-Kyu;Choi, Oan-Chul;Choi, Se-Jin
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.1
no.2
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pp.128-135
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2013
In this study, one-way shear tests were performed to investigate the shear capacity of amorphous steel fiber-reinforced concrete slabs. Primary test parameters were the shear reinforcing method(Stirrups or amorphous steel fibers) and shear reinforcement ratio(0.25 and 0.5%). A series of four one-way slab specimens including a specimen without shear reinforcement and three specimens with shear reinforcements(stirrup, 0.25%, and 0.5% amorphous steel fibers) were tested. The test results showed that 0.25% amorphous steel fibers improved the shear capacity, but 0.5% amorphous steel fibers did not improve the shear capacity compared to the specimen with conventional shear reinforcement of 0.25%. Additional study is needed to understand the variation of shear capacity according to fiber volume fraction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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