In this study, an accurate 2-noded hybrid-mixed element for continuous fiber-reinforced laminated beams is newly proposed. The present element including the effect of shear deformation is based on Hellinger-Reissner variational principle, and introduces additional consistent node less degrees for displacement field interpolation in order to enhance the numerical performance. The micromechanical and lamination theory are employed in the finite element description to consider the effects of the laminate stacking sequences, material orthotropy, and fiber volume fraction, etc. The element stiffness matrix can be explicitly derived through the stationary condition and static condensation using Mathematica program. Several numerical examples confirm the accuracy of the present hybrid-mixed element and also show in detail the effects of the continuous fiber volume fraction, stacking sequences and boundary condition on the bending behavior of laminated beams.
Geopolymer concrete is finding a growing number of niche applications in the field of civil engineering due to its high compressive strength and strength gain rate, retainage of structural properties in elevated temperature environments, chemical stability in highly acidic conditions and environmental benefits. Combining the above mentioned characteristics with induced electrical conductivity, could enable geopolymer cement to serve as a smart and sustainable cementitious material suitable for health monitoring of civil structures. Carbon fibers were added to fresh geopolymer and OPC (ordinary Portland cement) mixes to enhance their electrical conductivities. AC-impedance spectroscopy analysis was performed on the specimens with fiber fraction ranging from 0.008 to 0.8 with respect to the weight of cementitious binder, to measure their electrical resistivity values and to determine the maximum beneficial fiber content required to attain electrical percolation. Experimental observations suggest that CFR-geopolymer cement exhibits superior performance to CFR-OPC in terms of conducting electrical current.
There has been a growing interest for the use of natural fibers in composite applications due to their low cost, environmental friendliness, and good mechanical properties. It was demonstrated to determine the characteristic of tensile behaviors under the variation of test temperature on sisal fiber reinforced polymer composites by RTM process. Especially, the permanganate-treated-fibers improved tensile strength by increasing the coherence with matrix. Material deformation is restricted to increment of cohesion for surface treatment of fiber and then elongation decreas.
The aim of the paper is to use optimization and advanced numerical computation of a sail fiber-reinforced composite model to increase the performance of a yacht under wind action. Designing a composite-shell system against the wind is a very complex problem, which only in the last two decades has been approached by advanced modeling, optimization and computer fluid dynamics (CFDs) based methods. A sail is a tensile structure hoisted on the rig of a yacht, inflated by wind pressure. Our objective is the multiple criteria optimization of a sail, the engine of a yacht, in order to obtain the maximum thrust force for a given load distribution. We will compute the best possible yarn thickness orientation and distribution in order to minimize the total fiber volume with some displacement constraints and in order to leave the most uniform stress distribution over the whole structure. In this paper our attention will be focused on computer simulation, modeling and optimization of a sail-shape mathematical model in different regatta and wind conditions, with the purpose of improving maneuverability and speed made good.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.57
no.4
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pp.241-253
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2020
The Small-Unit Riverine Craft (SURC) is a small high-speed vessel used by navies and marine corps in relatively shallow waterway environments, such as riverine areas or littoral coasts. In the past, SURCs have primarily been rigid-hulled inflatable boats constructed using composite materials such as glass fiber reinforced plastics. More recently, single-hull SURCs have been manufactured using aluminum for weight reduction. In this study, a Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) material was applied instead to examine its feasibility in the basic design of an SURC with a hull length of 10 m. The CFRP structural design was obtained using the properties of a marine CFRP laminate, determined in a previous study. Next, the designed CFRP SURC was modeled to confirm its functionality, then compared with existing aluminum SURCs, indicating that the CFRP SURC was 41.49 % lighter, reduced fuel consumption by 30 %, and could sail 50 NM further for every hour of engine operation. A method for reducing the high cost of carbon fiber was also proposed based on the adjustment of the carbon fiber content to provide the optimum strength where required. The data developed in this study can be used as a basis for further design of CFRP craft.
Cement has been traditionally used as a main binding material of high ductile fiber reinforced cementitious composites. The purpose of this paper is to investigate the feasibility of using alkali-activated slag and polyvinyl alcohol (PVA) fibers for manufacturing high ductile fiber reinforced cementless composites. Two mixture proportions with proper flowability and mortar viscosity for easy fiber mixing and uniform fiber dispersion were selected based on alkali activators. Then, the slump flow, compression, uniaxial tension and bending tests were performed on the mixes to evaluate the basic properties of the composites. The cementless composites showed an average slump flow of 465 mm and tensile strain capacity of approximately 2% of due to formation of multiple micro-cracks. Test results demonstrated a feasibility of manufacturing high ductile fiber reinforced composites without using cement.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.10a
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pp.599-604
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2002
Fibers have been used to improve tile flexural performance of reinforced concrete. Therefore many different kinds of fibers have been developed and tested to reinforcing concrete. Basalt fiber is one of the recently developed materials for this purpose. Basalt fiber produced from this basalt raw material has high initial strength and durability. But, the main advantages of the basalt fiber are resistance to high operating temperatures and lower modulus and chemical resistance compared to fiberglass. Also basalt fiber may be consumed as a potential replacement for expensive carbon fibers.
In this study, the inhomogeneous material composed of CFRP(carbon fiber reinforced plastic) and structural metal of SM45C is used for the light material. The finite element analysis on the basis of compact tension test was carried out by using the composite material for sandwich type bonded with the unidirectional CFRP that differs in fiber stacking angle at both sides with the core of SM 45C. CT test is the representative method to confirm the fracture behaviour due to crack in material under the load. The effect on crack and hole must be investigated in order to apply inhomogeneous material to mechanical structure. As the result of this study, the fracture behaviour by CT test of the composite material for sandwich was studied by simulation analysis. The sandwich composite of unidirectional CFRP with the stacking angle of [0/60/-60/0] has the superior strength and the maximum equivalent stress of about 182GPa.Also, the esthetic sense can be shown as the designed factor of shape with composite material is grafted onto the convergence technique.
Concrete structures may become vulnerable during their lifetime due to several reasons such as degradation of their material properties; design or construction errors; and environmental damage due to earthquake. These structures should be repaired or strengthened to ensure proper performance for the current service load demands. Several methods have been investigated and applied for the strengthening of reinforced concrete (RC) structures using various materials. Fiber reinforced polymer (FRP) reinforcement is one of the most recent type of material for the strengthening purpose of RC structures. The main objective of the present research is to identify the behavior of reinforced concrete slabs strengthened with FRP bars by using near surface mounted (NSM) technique. Validation study is conducted based on the experimental test available in the literature to investigate the accuracy of finite element models using LS-DYNA to present the behavior of the models. A parametric analysis is conducted on the effect of FRP bar diameters, number of grooves, groove intervals as well as width and height of the grooves on the flexural behavior of strengthened reinforced slabs. Performance of strengthening RC slabs with NSM FRP bars was confirmed by comparing the results of strengthening reinforced slabs with control slab. The numerical results of mid-span deflection and stress time histories were reported. According to the numerical analysis results, the model with three grooves, FRP bar diameter of 10 mm and grooves distances of 100 mm is the most ideal and desirable model in this research. The results demonstrated that strengthening of reinforced concrete slabs using FRP by NSM method will have a significant effect on the performance of the slabs.
This study systematically examines the changes in the compressive and tensile strength of soil cement reinforced by natural hair fiber, which is regularly produced from human. Extensive experimental tests of various test specimens have been carried out in a laboratory. Several factors are considered, including the soil type, amount of cement, amount of fiber, fiber length, loading type, and curing age. The test results indicate that both the compressive and tensile strengths are significantly affected by the fiber, either increasing or decreasing depending on the conditions. The increase in tensile strength is significant in the sand-based soil cement due to the tensile resistance of the fiber which is interlocked with the surrounding soil or cement particles. The natural fiber provides a larger strain to failure due to its extensibility, which allows greater deformation. Based on the test results, natural hair fibers can be an effective and environmentally friendly way to improve soil ground subjected to tensile loading, such as an embankment slope, road subgrade, or landfill, thus reducing the cost for cement and waste treatment. The study results provide a useful information of better understanding the mechanical behavior of natural hair fiber in soil cement and the practical use of waste materials in civil engineering. The findings can be practically applied for improving earth structures under tensile loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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