Kim, Weon-Ju;Kim, Daejong;Jung, Choong Hwan;Park, Ji Yeon;Snead, Lance L.
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.50
no.6
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pp.378-383
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2013
Continuous fiber-reinforced ceramic matrix composites (CFCCs) have a complex distribution of porosity, consisting of interfiber micro pores and interbundle/interply macro pores. Owing to the complex geometry of the pores and fiber architecture, it is difficult to obtain representative microstructural features throughout the specimen volume with conventional, destructive ceramographic approaches. In this study, we introduce X-ray computed microtomography (X-ray ${\mu}CT$) to nondestructively analyze the microstructures of disk shaped and tubular $SiC_f$/SiC composites fabricated by the chemical vapor infiltration (CVI) method. The disk specimen made by stacking plain-woven SiC fabrics exhibited periodic, large fluctuation of porosity in the stacking direction but much less variation of porosity perpendicular to the fabric planes. The X-ray ${\mu}CT$ evaluation of the microstructure was also effectively utilized to improve the fabrication process of the triple-layered tubular SiC composite.
A new enthalpy - based procedure for the homogenization of the electromechanical material parameters of composite piezoelectric modules with integrated electrodes is presented. It is based on a finite element (FE) modeling of the latter's representative volume element (RVE). In contrast to most previously published homogenization approaches that are based on averaged quantities, the presented method uses a direct evaluation of the electromechanical enthalpy. Hence, for the linear orthotropic piezoelectric composite behavior full set of elastic, piezoelectric, and dielectric material parameters, 17 load cases (LC) are used where each load case leads directly to one material parameter. This gives the possibility to elaborate a very strict and easy to program processing. In conjunction with the 17 LC, the enthalpy - based homogenization is particularly suitable for laminated composite piezoelectric modules with integrated electrodes. In this case, the electric load has to be given at the electrodes rather than at the RVE FE model boundaries. The proposed procedure is validated through its comparison to literature available results on a classical 1-3 piezoelectric micro fiber (longitudinally polarized) reinforced composite and a $d_{15}$ shear piezoelectric macro-fiber (transversely polarized) composite module.
Three-scale homogenization procedure is proposed in this paper to provide estimates of the effective thermal conductivities of porous carbon-carbon textile composites. On each scale - the level of fiber tow (micro-scale), the level of yarns (meso-scale) and the level of laminate (macro-scale) - a two step homogenization procedure based on the Mori-Tanaka averaging scheme is adopted. This involves evaluation of the effective properties first in the absence of pores. In the next step, an ellipsoidal pore is introduced into a new, generally orthotropic, matrix to make provision for the presence of crimp voids and transverse and delamination cracks resulting from the thermal transformation of a polymeric precursor into the carbon matrix. Other sources of imperfections also attributed to the manufacturing processes, including non-uniform texture of the reinforcements, are taken into consideration through the histograms of inclination angles measured along the fiber tow path together with a particular shape of the equivalent ellipsoidal inclusion proposed already in Sko ek (1998). The analysis shows that a reasonable agreement of the numerical predictions with experimental measurements can be achieved.
This paper presents a computational rational model to predict the ultimate and optimized load capacity of reinforced concrete (RC) beams strengthened by a combination of longitudinal and transverse fiber reinforced polymer (FRP) composite plates/sheets (flexure and shear strengthening system). Several experimental and analytical studies on the confinement effect and failure mechanisms of fiber reinforced polymer (FRP) wrapped columns have been conducted over recent years. Although typical axial members are large-scale square/rectangular reinforced concrete (RC) columns in practice, the majority of such studies have concentrated on the behavior of small-scale circular concrete specimens. A high performance concrete, known as polymer concrete, made up of natural aggregates and an orthophthalic polyester binder, reinforced with non-metallic bars (glass reinforced polymer) has been studied. The material is described at micro and macro level, presenting the key physical and mechanical properties using different experimental techniques. Furthermore, a full description of non-metallic bars is presented to evaluate its structural expectancies, embedded in the polymer concrete matrix. In this paper, the mechanism of mechanical interaction of smooth and lugged FRP rods with concrete is presented. A general modeling and application of various elements are demonstrated. The contact parameters are defined and the procedures of calculation and evaluation of contact parameters are introduced. The method of calibration of the calculated parameters is presented. Finally, the numerical results are obtained for different bond parameters which show a good agreement with experimental results reported in literature.
In the vacuum assisted RTM (VARTM) process that has become the center of attention for manufacturing massive composite structures, a good evacuation of air in the fiber preform is recognized as the prime factor. The microvoids, or the dry spots, are formed as a result of improper gate/vent locations and the mold geometry. The non-uniform resin velocity at the flow front leads to the formation of microvoids in the fibers, whereas the air in the microvoids can migrate along with the resin flow during mold filling. The residual air in the internal voids of a composite structure may cause a degradation of the mechanical properties as well as the structural failure. In this study, a unified macro- and micro analysis methods were developed to investigate the formation and transport of air in resin during VARTM process. A numerical simulation program was developed to analyze the three-dimensional flow pattern as well as the macro- and microscopic distribution of air in a composite part fabricated by VARTM process.
This paper addresses a new type of broad and stage-based hybrid carbon fiber reinforced polymer (HCFRP) sensor that is suitable for the sensing of infrastructures. The HCFRP sensors, a type of composite sensor, are fabricated with three types of carbon tows of different strength and moduli. For all of the specimens, the active materials are carbon tows by virtue of their electrical conductivity and piezoresistivity. The measurement principles are based on the micro- and macro-fractures of different types of carbon tows. A series of experiments are carried out to investigate the sensing performances of the HCFRP sensors. The main variables include the stack order and volume fractions of different types of carbon tows. It is shown that the change in electrical resistance is in direct proportion to the strain/load in low strain ranges. However, the fractional change in electrical resistance (${\Delta}R/R_0$) is smaller than 2% prior to the macrofractures of carbon tows. In order to improve the resistance changes, measures are taken that can enhance the values of ${\Delta}R/R_0$ by more than 2 times during low strain ranges. In high strain ranges, the electrical resistance changes markedly with strain/load in a step-wise manner due to the gradual ruptures of different types of carbon tows at different strain amplitudes. The values of ${\Delta}R/R_0$ due to the fracture of high modulus carbon tows are larger than 36%. Thus, it is demonstrated that the HCFRP sensors have a broad and stage-based sensing capability.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.05a
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pp.181-183
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2002
The accurate permeability for preform is critical to model and design the impregnation of fluid resin in the composite manufacturing process. In this study, the in-plane and transverse permeability for a woven fabric are predicted numerically through the coupled flow model which combines microscopic with macroscopic flow. The microscopic and macroscopic flow which are flows within the micro-unit and macro-unit cell, respectively, are calculated by using 3-D CVFEM(control volume finite element method). To avoid checker-board pressure field and improve the efficiency on numerical computation, A new interpolation function for velocity is proposed on the basis of analytic solutions. The permeability of plain woven fabric is measured through unidirectional flow experiment and compared with the permeability calculated numerically. Based on the good agreement of the results, the relationships between the permeability and the structures of preform such as the fiber volume fraction and stacking effect can be understood. The reverse and the simple stacking are taken in account. Unlike past literatures, this study is based on more realistic unit cell and the improved prediction of permeability can be achieved. It is observed that in-plane flow is more dominant than transverse flow in the real flow through preform and the stacking effect of multi-layered preform is negligible. Consequently, the proposed coupled flow model can be applied to modeling of real composite materials processing.
Hong, Su Yeon;Lee, Chan Won;Hong, Sunwook;Lee, Jongmyoung;Jang, Yong Chang
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.17
no.2
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pp.104-115
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2014
Abundance and composition of marine debris on 13 beaches of Tongyeong City, South Korea were surveyed in 2013 Autumn. The average quantity of macro debris (>25 mm) was about 30 particle/$m^2$ and that of micro debris (1 mm-25 mm) was about 26,971 particle/$m^2$. This is a very high level compared with other areas of South Korea and the other countries. Among the 7 material types of debris (styrofoam, hard plastic, fiber, metal, glass, wood and others), styrofoam composed a large portion: 75% of macro debris and 98% of micro debris. And among the 'whole' styrofoam debris items whose original volume is remained more than 50%, styrofoam buoy debris composed 93%. This result suggests that the beaches surveyed are seriously contaminated by marine debris, and most of its sources are aquaculture styrofoam buoys. Management of styrofoam buoy debris used for oyster aquaculture in Tongyeong City is important not only for Tongyeong city, but also for other areas, because Tongyeong city hosts the biggest number of oyster aquaculture areas in South Korea.
The purpose of this study is to offer information related to recommended dietary allowances for young children and food guidelines for preschool children in Sweden. Sweden, located in Europe, is the most developed country for young child care system. Swedish nutrition policy background, Swedish recommended dietary allowances for young children, and food guidelines of early childhood education center in Sweden were used. The number of Swedish child care centers increased from 70,000 in 1970 to 700,000 in 2000. The Swedish Institute of Public Health promoted children's indoor and outdoor activity. The aim of the Swedish public health contains children's safety, good food habits, and eating food safely. Swedish Food Administration made recommended dietary allowance and food guidelines for children care centers. The aim of food guidelines was to increase energy, calcium, iron, and dietary fiber intake. Swedish RDA contains minimum and maximum intake as well as mean intake for macro and micro nutrients. The fat intake ratio of energy is increased for younger children. For preschool children, the food guideline is determined by dietary allowances for breakfast, lunch, and snack respectively. Food guideline contains meal time schedule, menu for each meal using food model, amount of food for age group, and recommended dietary allowance for each meal. It is recommended for Korean early childhood education center: 1) Korean RDA for young children should be made range of intake, minimum and maximum intake. 2) Food guideline should be make for Korean child care center. 3) Korean child care centers should offer an afternoon snack twice for children who return home late. 4) Nutrition education program for preschool teachers should be developed for children's good eating habits and health promotion.
Prediction of damage caused by low-velocity impact in laminated composite plate is an important problem faced by designers using composites. Not only the inplane stresses but also the interlaminar normal and shear stresses playa role in estimating the damage caused. But it is well known that the conventional approach based on the homogenization has the limit in description of damage. The work reported here is an effort in getting better predictions of dynamic behavior and damage in composite plate using DNS approach. In the DNS model, we discretize the composite plates through separate modeling of fiber and matrix for the local microscopic analysis. In the view of microscopic mechanics with DNS model, interlaminar stress behaviors in the inside of composite materials are investigated and compared with the results of the homogenized model which has been used in the conventional approach to impact analysis. Also the multiscale model based on DNS concept is developed in order to enhance the effectiveness of impact analysis, and we present the results of multiscale analysis considering micro and macro structures simultaneously.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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