Three failure cases of CNG composite vessels were reported since after January 2005. The 1st and 2nd accidents were indebted to vessel defect and installation mistake. The 3rd was caused by gas leak at pipe connections. In this paper various aspects were studied based on information of the three failure analysis, which must be improved for better safety of the CNG bus system. Overpressure region caused by vessel explosion was theoretically predicted and also assessed by PHAST program. Explosion of 120 l vessel under 20 MPa is equivalent to 1.2 kg TNT explosion. The predicted value by PHAST was more serious than theoretical one. However, actual consequence of explosion was much less than both of the predicted consequences. Since the CNG vessel was designed by the performance based design methodology, it is difficult to verify whether the required process and tests were properly conducted or not after production. If material toughness is not enough, the vessel should be weak in brittle fracture at early in the morning of winter season since the metal temperature can be lower than the transition temperature. If autofrettage pressure is not correct, fatigue failure due to tensile stress during repeated charging is possible. One positive aspect is that fire did not ocurred after vessel failure. This may be indebted to fast diffusion of natural gas which hindered starting fire.
Park, Soo-Jin;Lee, Hwa-Young;Han, Mijeong;Hong, Sung-Kwon
Journal of Adhesion and Interface
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v.4
no.1
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pp.1-8
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2003
In this work, the effect of PMR-15 content on the variation of surface free energy of the DGEBA/PMR-15 blend system was investigated in terms of contact angles and mechanical interfacial tests. Based on FT-IR result of the blend system. C=O (1,772, $1,778cm^{-1}$) and C-N ($1,372cm^{-1}$) peaks appeared with imidization of PMR-15 and -OH ($3,500cm^{-1}$) peak showed broadly at 10 phr of PMR-15 by ring-opening of epoxy. Contact angle measurements were performed by using deionized water and diiodomethane as testing liquids. As a result, the surface free energy of the blends gave a maximum value at 10 phr of PMR-15, due to the significant increasing of specific component. The mechanical interfacial properties measured from the critical stress intensity factor ($K_{IC}$) and the critical strain energy release rate ($G_{IC}$) showed a similar behavior with the results of surface energetics. This behavior was probably attributed to The improving of the interfacial adhesion between intermolecules, resulting from increasing the hydrogen bondings of the blends.
Kim, Hong-Seop;Kim, Gyu-Yong;Lee, Sang-Kyu;Choe, Gyeong-Cheol;Nam, Jeong-Soo
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.19
no.3
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pp.201-207
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2019
In this study, the direct tensile properties of amorphous metallic fiber-reinforced cement based composites according to the strain was evaluated. A thin plate-shape amorphous metallic fiber with 15mm and 30mm in length was used. And fiber-reinforced cement based composites were prepared with contents of 1.0, 1.5, 2.0%. The direct tensile test was conducted under the conditions of $10^{-6}/s(static)$ and $10^1/s(dynamic)$ strain rate. As a results, amorphous metallic fiber with a length of 15mm was observed in pull-out behavior from the cement matrix because of the short fiber length and large portion of mixed fiber. On the other hand, amorphous metallic fiber with a length of 30mm were not pulled out from matrix because the bonding force between the fiber and matrix was large due to rough surface and large specific surface area. However, fracture occurred because thin plate shape fibers were vulnerable to shear force. Tensile strength, strain capacity and toughness were improved due to the increase in the fiber length. The dynamic increase factor of L15 was larger that of L30 because the bonding performance of the fiber-matrix interface is significantly affected by the strain rate.
Kim, Dong-Hui;Jang, Seok-Joon;Kim, Sun-Woo;Park, Wan-Shin;Yun, Hyun-Do
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.3
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pp.40-47
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2021
This study investigates the influence of hooked-end steel fiber volume fraction and aspect ratio on the mechanical properties, such as compressive and flexural performance, of concrete with specified compressive strength of 30MPa. Three types of hooked-end steel fibers with aspect ratios of 64, 67 and 80 were selected. The flexural tests of steel fiber reinforced concrete (SFRC) prismatic specimens were conducted according to EN 14651. The compressive performance of SFRC with different volume fractions (0.25, 0.50 and 0.75%) were evaluated through standard compressive strength test method (KS F 2405). Experimental results indicated that the flexural strength, flexural toughness, fracture energy of concrete were improved as steel fiber volume fraction increases but there is no unique relationship between steel fiber volume fraction and compressive performance. The flexural and compressive properties of concrete incorporating hooked-end steel fiber with aspect ratio of 64 and 80 are a little better than those of SFRC with aspect ratio of 67. For each SFRC mixture used in the study, the residual flexural tensile strength ratio defined in Model Code 2010 was more than the limit value to be able to substitute rebar or welded mesh in structural members with the fiber reinforcement.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.37
no.1
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pp.1-15
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2021
Additive manufacturing (AM) for dental materials can produce more complex forms than conventional manufacturing methods. Compared to milling processing, AM consumes less equipment and materials, making sustainability an advantage. AM can be categorized into 7 types. Polymers made by vat polymerization are the most suitable material for AM due to superior mechanical properties and internal fit compared to conventional self-polymerizing methods. However, polymers are mainly used as provisional restoration due to their relatively low mechanical strength. Metal AM uses powder bed fusion methods and has higher fracture toughness and density than castings, but has higher residual stress, which requires research on post-processing methods to remove them. AM for ceramic use vat polymerization of materials mixed with ceramic powder and resin polymer. The ceramic materials for AM needs complex post-processing such as debinding of polymer and sintering. The low mechanical strength and volumetric accuracy of the products made by AM must be improved to be commercialized. AM requires more research to find the most suitable fabrication process conditions, as the mechanical properties and surface of any material will vary depending on the processing condition.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.4
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pp.215-226
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2022
Significant efforts have been devoted to developing high-performance composite materials by emulating the structure of biological creatures with superior mechanical characteristics. Nacre has been one of the most sought-after natural structures due to its exceptional fracture toughness compared with the constituent materials. However, the effect of manipulating the nacre-like geometry on the impact performance has not been fully investigated thus far. In this study, composites of randomly manipulated nacreous geometry are numerically developed and the impact performance is analyzed. We develop an algorithm by which the planar area of platelets in the nacre-like design is randomly resized. Thereafter, the numerical models of nonuniform nacre-patterned multi-layer structures are developed and the drop-weight impact simulation is performed. The impact behaviors of the model are evaluated by using the ratio of absorbed energy, the von Mises stress distribution, and the impact force-time curve. Therefore, the effect of the geometric irregularity on the nacre-patterned design is elucidated. This insight can be efficiently utilized in establishing the optimum design of the nacre-patterned structure.
Analyzing the collapse behavior of thin-walled steel structures holds significant importance in ensuring their safety and longevity. Geometric imperfections present on the surface of metal materials can diminish both the durability and mechanical integrity of steel shells. These imperfections, encompassing local geometric irregularities and deformations such as holes, cavities, notches, and cracks localized in specific regions of the shell surface, play a pivotal role in the assessment. They can induce stress concentration within the structure, thereby influencing its susceptibility to buckling. The intricate relationship between the buckling behavior of these structures and such imperfections is multifaceted, contingent upon a variety of factors. The buckling analysis of thin-walled steel shell structures, similar to other steel structures, commonly involves the determination of crucial material properties, including elastic modulus, shear modulus, tensile strength, and fracture toughness. An established method involves the emulation of distributed geometric imperfections, utilizing real test specimen data as a basis. This approach allows for the accurate representation and assessment of the diversity and distribution of imperfections encountered in real-world scenarios. Utilizing defect data obtained from actual test samples enhances the model's realism and applicability. The sizes and configurations of these defects are employed as inputs in the modeling process, aiding in the prediction of structural behavior. It's worth noting that there is a dearth of experimental studies addressing the influence of geometric defects on the buckling behavior of cylindrical steel shells. In this particular study, samples featuring geometric imperfections were subjected to experimental buckling tests. These same samples were also modeled using Finite Element Analysis (FEM), with results corroborating the experimental findings. Furthermore, the initial geometrical imperfections were measured using digital image correlation (DIC) techniques. In this way, the response of the test specimens can be estimated accurately by applying the initial imperfections to FE models. After validation of the test results with FEA, a numerical parametric study was conducted to develop more generalized design recommendations for the stainless-steel shell structures with the initial geometric imperfection. While the load-carrying capacity of samples with perfect surfaces was up to 140 kN, the load-carrying capacity of samples with 4 mm defects was around 130 kN. Likewise, while the load carrying capacity of samples with 10 mm defects was around 125 kN, the load carrying capacity of samples with 14 mm defects was measured around 120 kN.
The two dimensional size effect of specimen gauge section ($length{\;}{\times}{\;}width$) was investigated on the compressive behavior of a T300/924 $\textrm{[}45/-45/0/90\textrm{]}_{3s}$, carbon fiber-epoxy laminate. A modified ICSTM compression test fixture was used together with an anti-buckling device to test 3mm thick specimens with a $30mm{\;}{\times}{\;}30mm,{\;}50mm{\;}{\times}{\;}50mm,{\;}70mm{\;}{\times}{\;}70mm{\;}and{\;}90mm{\;}{\times}{\;}90mm$ gauge length by width section. In all cases failure was sudden and occurred mainly within the gauge length. Post failure examination suggests that $0^{\circ}$ fiber microbuckling is the critical damage mechanism that causes final failure. This is the matrix dominated failure mode and its triggering depends very much on initial fiber waviness. It is suggested that manufacturing process and quality may play a significant role in determining the compressive strength. When the anti-buckling device was used on specimens, it was showed that the compressive strength with the device was slightly greater than that without the device due to surface friction between the specimen and the device by pretoque in bolts of the device. In the analysis result on influence of the anti-buckling device using the finite element method, it was found that the compressive strength with the anti-buckling device by loaded bolts was about 7% higher than actual compressive strength. Additionally, compressive tests on specimen with an open hole were performed. The local stress concentration arising from the hole dominates the strength of the laminate rather than the stresses in the bulk of the material. It is observed that the remote failure stress decreases with increasing hole size and specimen width but is generally well above the value one might predict from the elastic stress concentration factor. This suggests that the material is not ideally brittle and some stress relief occurs around the hole. X-ray radiography reveals that damage in the form of fiber microbuckling and delamination initiates at the edge of the hole at approximately 80% of the failure load and extends stably under increasing load before becoming unstable at a critical length of 2-3mm (depends on specimen geometry). This damage growth and failure are analysed by a linear cohesive zone model. Using the independently measured laminate parameters of unnotched compressive strength and in-plane fracture toughness the model predicts successfully the notched strength as a function of hole size and width.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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