The objective of this study is to simulate the fracture behavior of composite structure bonded with more than 2 different cementitious materials. For this, concrete and cement were stacked and bonded in a direction perpendicular to loading and specimens were tested. Each constituent material of concrete and cement was fabricated independently also, and three point bending and indirect tensile tests were carried out for the acquisition of measured values applicable to the proposed model. As a result of comparing theoretical results and experimental ones, it was found that the proposed model derived from fictitious crack theory can be used to predict the fracture behavior of composite structures on the vases of well agreement with experimental results. It was also noted that the degree of improvement of fracture energies and strengths is greatly dependent on the stacking sequence of layers composing of a composite structure. Thus, it can be concluded that brittleness or ductility of a composite structure can be accomplished by a proper arrangement of layers on one's purpose throughout the proposed analysis.
This paper summarises the results of an experimental study to investigate the flexural behaviour of reinforced concrete beams strengthened using carbon-fibre reinforced polymer (CFRP) laminate in four-point bending. The experimental parameters included are the reinforcing bar ratio ${\rho}_s$ and preload level. Four bar ratios were selected (${\rho}_s=0.13$ to 0.86%), representing the section of two longitudinal tensile reinforcements, with diameters of 8, 14, 16, and 20 mm in order to reveal the effect of bar ratio on failure load and failure mode. Eight beams that could be considered "full-scale" in size, measuring 200 mm in width, 400 mm in total height and 2300 mm in length, were tested. Three beams were selected with different bar ratios (${\rho}_1$, ${\rho}_2$, ${\rho}_3$), and considered as control specimens (without ), while three other beams identical to the control beams with the same CFRP laminates ratio and a seventh beam with ${\rho}_{min}$ (the lowest bar ratio) were also used. In the second part of the study, two beams with the bar ratio ${\rho}_2$ were preloaded at two levels, 50 and 100% of their ultimate loads, and then repaired. This experimental investigation was consolidated using an analytical model. The experimental and analytical results indicate that the flexional capacity and stiffness of strengthened and repaired beams using CFRP laminate were increased compared to those of control beams, and the behaviour of repaired beams was nearly similar to the undamaged and strengthened beams; unlike the ductility of strengthened beams, which was greatly reduced compared to the control.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.19
no.1
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pp.25-33
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1999
Since concrete is an inhomogeneous material consisting of larger aggregates and sand embedded in a cement paste matrix, it relatively shows a complex failure mechanism. In order to assure the reliability of concrete structure. microscopic fracture behavior and internal damage progress of concrete under the loading should be fully understood. In this study, an acoustic emission(AE) technique has been used to clarify microscopic failure mechanism and their corresponding AE signal characteristics of concrete under three-point bending test. In addition 2-dimensional AE source location has been performed to monitor the progress of an internal damage and the successive crack growth behavior during the loading. The relationship between AE signal characteristics and microscopic fracture mechanism is discussed.
Kim, Young-Sam;Jeon, Chi-Hoon;Tumur-Ochir, Erdenebat;Yum, Young-Jin
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.12
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pp.1549-1556
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2011
Tensile and creep tests were performed at various temperatures to investigate the mechanical properties of plastics used in automotive instrument panels. Mechanical properties such as Young's modulus and Poisson's ratios changed markedly with the test temperature. Three-point bending creep tests were performed for three kinds of plastics under four loading conditions. Coefficients in the time-hardening power law creep equation were obtained from the experiment, and the creep behavior was represented by a simple expression. The results of finite element creep analysis showed good agreement with the experimental results, while the difference between the numerical and experimental results increased with the load.
Rubber-toughened particles which are used in the field of chemical engineering are used to increase the fracture toughness of thermoset resin. The application of Core-Shell particles, one of rubber-toughened particles, as a filler for dental composite or restoration have not been examined. The purpose of this study was to evaluate possible use of Core-Shell particles for dental composite, and the hypothesis was that additional toughening mechanisms are activated by the addition of Core-Shell particles. After blending 50vol% quartz with Bis-GMA/TEGDMA resin matrix, the experimental resins were made by the addition of Core-Shell particles with varied content level as 0, 2.5, 5, 7.5, 10, 12.5, 15, and 20wt%. Fracture toughness was determined on three-point bending specimen with single-edge notch according to ASTM-E 399. Also, flexural properties, that is, strength and modulus were measured by three-point bending testing. Fractogragh of fracture toughness specimen was observed using SEM (JEOL 6400 SEM, MA). The following results from this study were obtained ; 1. Fracture toughness of composite resin added 2.5wt% Core-Shell particles was significantly higher than control group ($p{\leq}0.05$). 2. Flexural properties were decreased with increasing Core-Shell particle content, which showed a correlation statistically ($p{\leq}0.05$). 3. A toughening mechanism such as lamination and microcrack was observed in specimen determined high fracture toughness. 4. The dispersion of Core-Shell itself and quartz filler particles was limited present high content of Core-Shell particles, which decreased a resulting mechanical properties of composites. These results suggest that adequate Core-Shell particles can be used to enhance mechanical properties included toughening for dental composites.
The failure behaviours of unidirectional pultruded carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites were monitored by the electrical resistance measurement during tensile loading, three-point-bending, interlaminar shear loading. The tensile failure behaviour of carbon fiber tows was also investigated by the electrical resistance measurement. Infrared thermography non-destructive evaluation was performed in real time during tensile test of CFRP composites to validate the change of microdamage in the materials. Experiment results demonstrated that the CFRP composites and carbon fiber tows were damaged by different damage mechinsms during tensile loading, for the CFRP composites, mainly being in the forms of matrix damage and the debonding between matrix and fibers, while for the carbon fiber tows, mainly being in the forms of fiber fracture. The correlation between the infrared thermographs and the change in the electrical resistance could be regarded as an evidence of the damage mechanisms of the CFRP composites. During three-point-bending loading, the main damage forms were the simultaneity fracture of matrix and fibers firstly, then matrix cracking and the debonding between matrix and fiber were carried out. This results can be shown in Fig. 9(a) and (b). During interlaminar shear loading, the change in the electrical resistance was related to the damage degree of interlaminar structure. Electrical resistance measurement was more sensitive to the damage behaviour of the CFRP composites than the stress/time curve.
PURPOSE. Fabrication of zirconia restorations with ideal mechanical properties in a short period is a great challenge for clinicians. The purpose of the study was to investigate the effect of heating rate on the mechanical and microstructural properties of monolithic zirconia. MATERIALS AND METHODS. Forty monolithic zirconia specimens were prepared from presintered monolithic zirconia blanks. All specimens were then assigned to 4 groups according to heating rate as Control, Group $15^{\circ}C$, Group $20^{\circ}C$, and Group $40^{\circ}C$. All groups were sintered according to heating rates with the sintering temperature of $1500^{\circ}C$, a holding time of 90 minutes and natural cooling. The phase composition was examined by XRD analysis, three-point bending test was conducted to examine the flexural strength, and Weibull analysis was conducted to determine weibull modulus and characteristic strength. Average grain sizes were determined by SEM analysis. One-way ANOVA test was performed at a significance level of 0.05. RESULTS. Only tetragonal phase characteristic peaks were determined on the surface of analyzed specimens. Differences among the average grain sizes of the groups were not statistically significant. The results of the three-point bending test revealed no significant differences among the flexural strength of the groups (P>.05). Weibull modulus of groups was ranging from 3.50 to 4.74. The highest and the lowest characteristic strength values were obtained in Group $20^{\circ}C$ and Control Group, respectively. CONCLUSION. Heating rate has no significant effect on the flexural strength of monolithic zirconia. Monolithic zirconia restorations can be produced in shorter sintering periods without affecting the flexural strength by modifying the heating rate.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2017.05a
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pp.77-77
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2017
Titanium and its alloys offer attractive properties in a variety of applications. These are widely used for the field of biomedical implants because of its good biocompatibility and high corrosion resistance. Titanium anodizing is often used in the metal finishing of products, especially those can be used in the medical devices with dense oxide surface. Based on SAE/AMS (Society of Automotive Engineers/Aerospace Material Specification) 2488D, it has the specification for industrial titanium anodizing that have three different types of titanium anodization as following: Type I is used as a coating for elevated temperature forming; Type II is used as an anti-galling coating without additional lubrication or as a pre-treatment for improving adherence of film lubricants; Type III is used as a treatment to produce a spectrum of surface colours on titanium. In this study, we have focused on Type II anodization for the medical (dental and orthopedic) application, the anodized surface was modified with gray color under alkaline electrolyte. The surface characteristics were analyzed with Focused Ion Beam (FIB), Scanning Electron Microscopy (SEM), surface roughness, Vickers hardness, three point bending test, biocompatibility, and corrosion (potentiodynamic) test. The Ti-6Al-4V alloy was used for specimen, the anodizing procedure was conducted in alkaline solution (NaOH based, pH>13). Applied voltage was range between 20 V to 40 V until the ampere to be zero. As results, the surface characteristics of anodic oxide layer were analyzed with SEM, the dissecting layer was fabricated with FIB method prior to analyze surface. The surface roughness was measured by arithmetic mean deviation of the roughness profile (Ra). The Vickers hardness was obtained with Vickers hardness tester, indentation was repeated for 5 times on each sample, and the three point bending property was verified by yield load values. In order to determine the corrosion resistance for the corrosion rate, the potentiodynamic test was performed for each specimen. The biological safety assessment was analyzed by cytotoxic and pyrogen test. Through FIB feature of anodic surfaces, the thickness of oxide layer was 1.1 um. The surface roughness, Vickers hardness, bending yield, and corrosion resistance of the anodized specimen were shown higher value than those of non-treated specimen. Also we could verify that there was no significant issues from cytotoxicity and pyrogen test.
Applying a direct formulation for the enrichment of the displacement field an extended finite element (XFEM) scheme for modeling of cohesive crack growth is developed. Only elements cut by the crack is enriched and the scheme fits within the framework of standard FEM code. The scheme is implemented for the 3-node constant strain triangle (CST) and the 6-node linear strain triangle (LST). Modeling of standard concrete test cases such as fracture in the notched three point beam bending test (TPBT) and in the four point shear beam test (FPSB) illustrates the performance. The XFEM results show good agreement with results obtained by applying standard interface elements in FEM and with experimental results. In conjunction with criteria for crack growth local versus nonlocal computation of the crack growth direction is discussed.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.27
no.4_2
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pp.973-980
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2024
Dependence of dynamic fracture path on loading velocity was observed from experimental results based on the three point bending fracture in cast iron. In this study, 3D and 2D numerical simulations are used to evaluate singular stress fields near crack tip and fracture mechanics parameters. Moving finite element technique, 2D and 3D Delauney automatic mesh generation and contact-noncontact evaluation is introduced into the numerical method. Dynamic fracture thoughness is decreased with increase of impact loading velocity. Fracture mode-ratio corresponds to initial kink angle of fracture path. The numerical result shows that the maximum hoop stress criterion cannot be applied to dynamic fracture of cast iron.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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