Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.1
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pp.77-84
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2007
In this paper presented, a design method of sandwich slab bridge of simple supported made by composite materials. Many of the bridge systems, including the girders and cross-beams, and concrete decks behave as the special orthotropic plates. Such systems with sections, boundary conditions other than Navier or Levy solution types, or with irregular cross sections, analytical solution is very difficult to obtain. Thus, Finite Difference Method is used for analysis of the pertinent problem. For the design of bridge made by the composite materials, cross-section is used the form-core shape because of this shape is economical and profitable, and for output of the stress value used F.D.M. Based the experimental of a composite specialist, an equation expressing the rate of decrease of tensile strength of glass fibers based on increase of mass was obtained. From these equations, one can estimate the rate of tensile strength reduction due to increased size. Tasi-Wu failure criterion for stress space is used. Strength-failure analysis procedure, using these reduced tensile strength, is presented.
One of a unique technique in manipulating a multifunctional composite is demonstrated in this study. An electric field is applied to a liquid suspension in order to align the inclusions along with the direction electric field. This is called FAiMTa(Field Aided Micro Tailoring). It makes orthotropic polymer composites by arranging the micro and/or nano size particle inclusions in chain-line formation. Several kinds of particles such as $Al_2O_3$, graphite, CNT(Carbon Nano Tube), W(Tungsten) are tested to verify the effectiveness of the FAiMTa. The particles redistributed in an epoxy suspension and their coupons show that mechanical and thermal properties of orthotropic and random composites containing those particles depend on the trend of particles' alignment. The micro-images of the functional composite from FAiMTa have been captures and their physical properties demonstrate their wide-range and state-of-the-art application for advanced multifunctional composites.
In the present study, interfacial cracks between an isotropic and orthotropic material, subjected to static far field tensile loading are analyzed using the technique of photoelasticity. The fracture parameters are extracted from the full-field isochromatic data and the same are compared with that obtained using boundary collocation method. Dynamic photoelasticity combined with high-speed digital photography is employed for capturing the isochromatics in the case of propagating interfacial cracks. The normalized stress intensity factors for static cracks are greate. when ${\alpha}$: 90$^{\circ}$(fibers perpendicular to the interface) than when ${\alpha}$=0$^{\circ}$(fibers parallel to the interface), and those when ${\alpha}$=90$^{\circ}$are similar to ones of isotropic material. The dynamic stress intensity factors for interfacial propagating cracks are greater when ${\alpha}$=0$^{\circ}$ than ${\alpha}$=90$^{\circ}$. For the velocity ranges (0.1 < C/C$\sub$s1/<0.7) observed in this study, the complex dynamic stress intensity factor │K$\sub$D/│increases with crack speed c, however, the rate of increase of │K$\sub$D/│with crack speed is not as drastic as that reported for homogeneous materials.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.5
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pp.849-863
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1992
A very simple and computationally efficient numerical method is developed for the free vibration of isotropic and orthotropic composite triangular plates. A set of two-dimensional simple series functions is used as an admissible displacement functions in the Rayleigh-Ritz method to obtain the natural frequencies, nodal patterns and mode shapes for the plates. From the prescribed starting function satisfying only the geometric boundary conditions, the higher terms in the series functions are constructed with adding order of polynominal. Natural frequencies, nodal patterns and mode shapes are obtained for right triangular plates with three different support conditions. The obtained numerical results are presented, and the isotropic and some orthotropic cases are verified with other numerical methods in the liternature.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.5
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pp.68-77
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2014
In this study, polysulfide epoxy polymer concrete was chosen as an ultra thin bridge deck overlay, and the effect of polymer concrete pavement on the fatigue stress range of the orthotropic steel deck was analyzed through the comparative analysis with epoxy asphalt pavement and SFRC pavement. Abaqus was used to estimate the fatigue stress range, and signed von-mises stress was used to estimate fatigue stress range according to pavement materials and thickness, considering there were multi axis stresses which have longitudinal and lateral direction on the welded parts of the steel deck.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.1
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pp.87-98
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1995
When the crack in orthotropic material is propagating under dynamic model I load, influences of anisotropic property ratio $E_{L}$/ $E_{T}$ on stress and displacement around propagating crack tip are studied in this paper. When M<0.55 and .alpha.=90.deg.(.alpha.; the angle of fiber direction with crack propagating direction, M; crack propagation velocity/shear stress wave velocity), the influence of $E_{L}$/ $E_{T}$ on stress .sigma.$_{x}$, .sigma.$_{y}$, .tau.$_{xy}$ and .sigma.$_{\theta}$ is the greast on .sigma.$_{y}$. Except M<0.55 and .alpha.=90.deg., it is the greast on .sigma.$_{x}$ in any situation. Increasing $E_{L}$/ $E_{T}$, stress components are increased or decreased. When maximum stress is based, the stress .sigma.$_{x}$(.alpha.=90.deg.), .sigma.$_{y}$(.alpha.=0.deg.) and .tau.$_{xy}$ (.alpha.=90.deg.) are decreased with increment of $E_{L}$/ $E_{T}$ in M=0. any stresses except .sigma.$_{*}$x/(.alpha.=0.deg.) are decreased with increment of $E_{L}$/ $E_{T}$ in M=0.9. When .alpha.=90.deg., the influence of $E_{L}$/ $E_{T}$ on displacement U and V is V>U in any velocities of crack propagation, when .alpha.=0.deg., it is VU in M>0.75 and when $E_{L}$/ $E_{T}$ is increased, U and V are decreased in any conditions.sed in any conditions.tions.tions.tions.
Park, Heeyoung;Lee, Junghun;Kwak, Byeongseok;Choi, Iehyun;Kim, Taewoo
International Journal of Highway Engineering
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v.15
no.1
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pp.1-9
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2013
PURPOSES: The purpose of this study is to evaluate physical properties, durability, fatigue resistance, and long-term performance of poly-urethane concrete (PU) which can be possible application of thin layer on long-span orthotropic steel bridge and to check structural stability of bridge structure. METHODS : Various tests of physical properties, such as flexural strength, tensile strength, bond strength and coefficient of thermal expansion tests were conducted for physical property evaluation using two types of poly urethane concrete which have different curing time. Freezing and thawing test, accelerated weathering test and chloride ion penetration test were performed to evaluate the effect of exposed to marine environment. Beam fatigue test and small scale accelerated pavement test were performed to assess the resistance of PU against fatigue damage and long-term performance. Structural analysis were conducted to figure out structural stability of bridge structure and thin bridge deck pavement system. RESULTS: The property tests results showed that similar results were observed overall however the flexural strength of PUa was higher than those of PUb. It was also found that PU materials showed durability at marine environment. Beam fatigue test results showed that the resistances of the PUa against fatigue damage were two times higher than those of the PUb. It was found form small scale accelerated pavement test to evaluate long-term performance that there is no distress observed after 800,000 load applications. Structural analysis to figure out structural stability of bridge structure and thin bridge deck pavement system indicated that bridge structures were needed to increase thickness of steel deck plate or to improve longitudinal rib shape. CONCLUSIONS: It has been known that the use of PU can be positively considered to thin layer on long-span orthotropic steel bridge in terms of properties considered marine environment, resistance of fatigue damage and long-term performance.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.14
no.3
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pp.83-90
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2010
Composite materials can be used economically and efficiently in civil engineering applications when standards and procedure for analysis, design, construction and quality control are to be established. Bridge systems, including the girders and cross-beams, and concrete decks behave as the specially orthotropic plates. For such systems with sections, boundary conditions other than Navier solution types, it is very difficult to obtain its analytical solution. To design the bridge made by the composite materials, cross-section was used as the form-core shape for economical reason and finite difference method was used for output of the stress value. The Tsai-Wu failure criterion for stress space is used. In this paper, the rate of tensile strength reduction due to increased size was considered. And also numerical study is made for these cases.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.5
no.3
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pp.95-105
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1985
This dissertation presents an exact solution for the normal and shearing stresses of an orthotropic plane body loaded by a moment load. The solution satisfies the conditions of equilibrium compatibility equations concurrently and is governing for the body being in the elasto-plastic state. An Airy stress function is introduced to solve the problem related to an orthotropic half-infinite plane under a moment load. All the equations for orthotropy must be degenerated into the expressions for isotropy when orthotropic constants are replaced by isotropic ones. The author has evaluated all the equations of orthotropy and succeeded in obtaining exactly identical expressions to the equations of isotropy which were derived independently by of L'hosptials rule. The analytical results of isotropy are compared with the simple results of other investigator. Since moment Load under the elastic state and plastic state only is a particular case of moment load under the elasto-plastic state. All the equations of elasto-plastic state case are degenerated into the expressions for the each case. The formal solution is expressed in terms of closed form. The orthotropic constants are evaluated for two kinds and two different orientations of the grain of wood and two kinds of structures. The numerical results for orthotropy are evaluated for one kind and two different orientations of three-layered ply wood. The distribution of normal and shearing stresses are shown in figures. It is noted that the distribution of stresses of orthotropic materials depends on the type of materials and orientations of the grain and stiffening.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.10a
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pp.717-720
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1999
Recently, the fiber composite materials such as carbon fiber, glass fiber, or aramid, have been frequently used in strengthening reinforced concrete structures. The fiber composite materials typically have orthotropic characteristic and the strength changes significantly acording to the direction of fibers and the method of the lamination. In this study, an algorithm to estimate the stress-strain relationship of the composite materials which have different fiber directions and symmetric or non-symmetric lamination has been developed by using Tsai-Hill and Tsai-Wu failure criteria and progressive laminate failure theory. This algorithm has been implemented to several stress-strain models for the laterally confined concrete compression members such as Mander, Hosotani, and Nakatsuka. The evaluated stress-strain behaviors by the different models are discussed.
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