This paper presents the effects of high temperature and water absorption on the mechanical behaviors of carbon-aramid fiber composites, specifically their strength, elastic modulus, and fracture. These composites are used in industrial structures because of their high specific strength and toughness. Carbon fiber composites are vulnerable to the impact force of external objects despite their excellent properties. Aramid fibers have high elongation and impact absorption capabilities. Accordingly, a hybrid composite with the complementary properties and capabilities of carbon and aramid fibers is fabricated. However, the exposure of aramid fiber to water or heat typically deteriorates its mechanical properties. In view of this, tensile and flexural tests were conducted on a twill woven carbon-aramid fiber hybrid composite to investigate the effects of high temperature and water absorption. Moreover, a multiscale analysis of the stress behavior of the composite's microstructure was implemented. The results show that the elastic modulus of composites subjected to high temperature and water absorption treatments decreased by approximately 22% and 34%, respectively, compared with that of the composite under normal conditions. The crack behavior of the composites was well identified under the specimen conditions.
Han Byung Chan;Jeon Esther;Park Wan-Shin;Lee Young-Seak;Hiroshi Fukuyama;Yun Hyun-Do
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.734-737
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2004
The synthetic fibers such as polypropylene(PP) and polyvilyl-alcohol(PVA) fiber are poised as a low cost alternative for reinforcement in structural applications. It has been reported that synthetic fiber in cement composites can control restrained tensile stresses and cracks and increase toughness, resistance to impact, corrosion, fatigue and durability. High performance fiber reinforced cementitious composite(HPFRCCs) shows ultra high ductile behavior in the hardened state, because of the fiber bridging properties. Therefore, a variety of experiments have being performed to access the performance of HPFRCCs recently. The research emphasis is on the flexural behavior of HPFRCCs made in synthetic fibers, and how this affects the composite property, and ultimately its strain-hardening performance. Three-point bending tests on HPFECCs are carried out. As the result of the bending tests, HPFRCCs showed high flexural strength and ductility. HPFRCCs made in PVA or Hybrid fiber were, also, superior to PP of singleness. On the other hand, effect of sand volume fraction on HPFRCCs made in PP was insignificant.
Sin, Hyeong-Seop;O, Sang-Yeop;Choe, Su-Yong;Seo, Chang-Min;Jang, Sun-Nam
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.4
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pp.787-793
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2002
In this study, a bar impact test of low velocity was carried out to gain an insight into the damage mechanism and sequence induced in alumina plates(AD 85 and AD 90) under impact conditions. An experimental setup utilizing an instrumented long bar impact was devised, that can measure directly the impact force applied to the specimen and supply a compressive contact pressure to the specimen. During the bar impact testing, the influences of the contact pressure applied along the impact direction to the specimen on the fracture behavior were investigated. The measured impact force profiles explained well the damage behavior induced in alumina plates. The higher contact pressure to the specimen led to the less damage due to the suppression of radial cracks due to the increase in the apparent flexural stiffness of plate. It had produced the change of damage pattern developed in the specimen; from the radial cracks to the local contact stress dominant damage. It would contribute to the improvement of the ballistic property in ceramic plates. The observed results showed the following sequence in damage developed: The development of cone crack at impact region, the formation of radial cracks from the rear surface of plate depending on the plate thickness, the occurrence of crushing within the cone envelope and the fragmentation.
One way to provide safe buildings and to protect tenants from the terrorist attacks that have been increasing in the world is to study the behavior of buildings members after being exposed to dynamic loads. Buildings behaviour after being exposed to attacks inspired researchers all around the world to investigate the effect of impact loads on buildings members like slabs and to deeply study the properties of High Performance Concrete. HPC is well-known in its high performance and resistance to dynamic loads when it is compared with normal weight concrete. Therefore, the aim of this paper is finding out the impact of dynamic loads on RPC slabs' flexural capacity, serviceability loads, and failure type. For that purpose and to get answers for these questions, three concrete slabs with 0.5, 1, and 2% steel fiber contents were experimentally tested. The tests results showed that the content of steel fiber plays the key role in specifying the static capacity of concrete slabs after being dynamically loaded, and increasing the content of steel fiber led to improving the static loading capacity, decreased the cracks numbers and widths at the same time, and provided a safer environment for the buildings residents.
A numerical investigation of the impact of steel ductility on the strength and ductility of two-way corner and edge-supported concrete slabs containing low ductility welded wire fabric is presented. A finite element model was developed for the investigation and the results of a series of concurrent laboratory experiments were used to validate the numerical solution. A parametric investigation was conducted using the numerical model to investigate the various factors that influence the structural behavior at the strength limit state. Different values of steel uniform elongation and ultimate to yield strength ratios were considered. The results are presented and evaluated, with emphasis on the strength, ductility, and failure mode of the slabs. It was found that the ductility of the flexural reinforcement has a significant impact on the ultimate load behavior of two-way corner-supported slabs, particularly when the reinforcement was in the form of cold drawn welded wire fabric. However, the impact of the low ductility WWF has showed to be less prominent in structural slabs with higher levels of structural indeterminacy. The load-deflection curves of corner-supported slabs containing low ductility WWF are brittle, and the slabs have little ability to undergo plastic deformation at peak load.
The Half-depth precast deck is a structural system that utilizes pre-cast panels pre-built at the factory as formwork at the construction stage and as a major structural member at the same time after completion. These systems have joints between segments, and the detail and performance of the joints are factors that have a very large impact on the quality, such as the constructability and durability of the bridge decks. In this study, strength performance evaluation was performed for improved joints using connecting rebar by experimental method. Static loading tests were conducted on the test specimen with improved joint, those with existing joint and those without joint. The test results of the specimens were compared to each other, and the flexural strength required by the design was compared. The flexural strength required in the design was presented by finite element analysis. It has been shown that the flexural strength of the specimens with joints were more than twice that required by the design. But the flexural strength of the specimen with existing joint was about 84% of that without joint. The flexural strength of the specimen with improved joints was a nearly similar degree of that compared to the specimen without joint. And a comparison of the moment-deflection relationship curves of the two specimens also shows a very similar flexural behavior. It is confirmed that improved joint has sufficient flexural strength. In addition to strength, the bridge decks require serviceability, such as deflection and cracking, and in particular, fatigue resistance due to repetitive live loads is an important performance factor. Therefore, further verification studies are required.
Organic fiber reinforced concrete is applicable to many applications for construction material. In general, organic fibers have low tensile strength and elastic modulus, but they have many advantages such as high crack resistance, impact resistance, chemical resistance, flexural behavior and corrosion resistance. In this study, hybrid organic fibers were prepared by mixing polyamide (PA) fibers and high strength polyester (PET) fibers. Then, flexural performance test of fiber reinforced concrete containing hybrid organic fiber was performed. The energy absorption capacity of the hybrid organic fiber reinforced concrete was evaluated.
A significant component of many civil constructions such as buildings, reservoirs, bridges, and sports halls, concrete has become increasingly popular due to its versatile properties. Concrete's internal characteristics change due to the use of different types of fibers, including changes in its microstructure, volume, and hole dimensions. Additionally, the type, dimensions, and distribution of fibers in concrete can affect the results of flexural strength tests by affecting its compressive and tensile strength. Due to a lack of information, fiber concrete is a new composite material in the production industry that requires laboratory studies to determine its behavior. This study investigated the bending behavior of multilayer slabs made of concrete reinforced by polyamide-propylene fibers against impact in weight lifting exercises. Results showed that adding fibers to concrete slab samples improved the mechanical properties while replacing them hurt the mechanical properties and failure of polymer fiber-reinforced concrete. On the other hand, adding and replacing fibers increases durability and has a positive effect.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.05a
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pp.53-56
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2002
External low-velocity impact loadings onto the composites cause reduction of stiffness and/or strength. The reductions indicate that internal(external) damages were developed within the composites. These damages could be matrix cracking, fiber/matrix debonding, or delamination between layers. In previous studies, damage evaluation have been done by applying secondary mechanical loading such as buckle-driven compressive, or fatigue, or flexural loadings. An evaluation method by applying indentation loadings on the composites was proposed. The load-displacement curves obtained from the indentation testing provided the extent of damages within the composites due to impact loadings.
Yousry B.I. Shaheen;Ghada M. Hekal;Ayman M. Elshaboury;Ashraf M. Mahmoud
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.4
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pp.371-390
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2024
Investigating the impact of openings on the structural behavior of ferrocement I-beams with two distinct types of reinforcing metallic and non-metallic meshes is the primary goal of the current study. Up until failure, eight 250x200x2200 mm reinforced concrete I-beams were tested under flexural loadings. Depending on the kind of meshes used for reinforcement, the beams are split into two series. A control I-beam with no openings and three beams with one, two, and three openings, respectively, are found in each series. The two series are reinforced with three layers of welded steel meshes and two layers of tensar meshes, respectively, in order to maintain a constant reinforcement ratio. Structural parameters of investigated beams, including first crack, ultimate load, deflection, ductility index, energy absorption, strain characteristics, crack pattern, and failure mode were reported. The number of mesh layers, the volume fraction of reinforcement, and the kind of reinforcing materials are the primary factors that vary. This article presents the outcomes of a study that examined the experimental and numerical performance of ferrocement reinforced concrete I-beams with and without openings reinforced with welded steel mesh and tensar mesh separately. Utilizing ANSYS-16.0 software, nonlinear finite element analysis (NLFEA) was applied to illustrate how composite RC I-beams with openings behaved. In addition, a parametric study is conducted to explore the variables that can most significantly impact the mechanical behavior of the proposed model, such as the number of openings. The FE simulations produced an acceptable degree of experimental value estimation, as demonstrated by the obtained experimental and numerical results. It is also noteworthy to demonstrate that the strength gained by specimens without openings reinforced with tensar meshes was, on average, 22% less than that of specimens reinforced with welded steel meshes. For specimens with openings, this value is become on average 10%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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