The A17075/CFRP multi-layered hybrid laminate material consists of the alternating A17075-T6 sheets and carbon/epoxy prepregs of M40 fade. The influence of volume fraction and fiber orientation of A17075/CFRP layer on flexural properties of A17075/CFRP laminate alternating A17075-T6 and carbon/epoxy prepreg was investigated. The results obtained from the experimental analysis are as follows: 1. In the $0^{\circ}$ fiber orientation, the mont of increase of the flexural rigidity was $20.5\%$ at the $26.5\%$ volume fraction and $38.0\%\;at\;the\;35.7\%$ volume fraction compared with the flexural rigidity level(20.0GPa) of the $10\%$ volume fraction of CFRP. 2. In the $\pm45^{\circ}$ fiber orientation the amount of decrease of the flexural rigidity was $23.5\%\;at\;the\;20.0\%$ volume fraction and $31.5\%\;at\;the\;33.3\%$ volume fraction compared with the flexural rigidity level of the $10\%$ volume fraction of CFRP. 3. In the $0^{\circ}$ fiber orientation, the flexural strength was 481.5MPa at the $10\%$ volume fraction of CFRP and 583.8MPa at the $26.5\%$ volume fraction and 653.7MPa at the $35.7\%$ volume faction. 4. In the $\pm45^{\circ}$ fiber orientation, the flexural strength was 354.0MPa at the $20.0\%$ volume fraction of CFRP and 340.5MPa at the $33.3\%$ volume fraction.
Kinds, shapes and fraction ratios of fibers have influence on properties of HPFRCC(High-Performance Fiver Reinforced Cementitious Concrete ) like bending strength, strain capacity and fracture toughness. For example, hydrophilic fibers have different chemical bond strength from hydrophobic fibers, fiber shapes influence on fiber pull-out and rupture, and fiber volume fraction influence on bending strength. In this study, to estimate influences of kinds, shapes and fraction ratios of fibers, we make HFRCC with 3 kind of fiber in various volume fraction of fiber and compare cracking, bending strength and fracture toughness. As the results, bending strength of HPFRCC was increased as fiber volume fraction was Increase and fiber tensile strength was increase, and strain capacity and fracture toughness of HFRCC was higher in fiber pull-out fracture than in fiber rupture fracture. And HFRCC showing pseudo strain hardening has higher fiber reinforce efficiency than others.
The main goal of this work is to study the effect of glass fiber volume fraction on the result of tensile test with respect to glass fiber/polypropylene(GF/PP) composites. The tensile test and failure mechanisms of GF/PP composites were investigated in the fiber volume fraction range from 10% to 30%. The tensile strength and the fracture strength increased with the increasing of the fiber volume fraction in the tested range. Fiber pull-out and debonding of this composites increased with the fiber volume fraction in thc tested range. The major failure mechanisms were classified into the debonding, the fiber pull out, the delamination and the matrix deformation.
Kim, Seugnwon;Jung, Haekook;Kim, Yongjae;Park, Cheolwoo
Structural Engineering and Mechanics
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제65권2호
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pp.163-171
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2018
Plain concrete is a brittle material with a very low tensile strength compared to compressive strength and critical tensile strain. This study analyzed the dynamic characteristics of high-performance fiber-reinforced cementitious composites based on slurry-infiltrated fiber concrete (SIFCON-based HPFRCC), which maximizes the steel-fiber volume fraction and uses high-strength mortar to increase resistance to loads, such as explosion and impact, with a very short acting time. For major experimental variables, three levels of fiber aspect ratio and five levels of fiber volume fraction between 6.0% and 8.0% were considered, and the flexural strength and toughness characteristics were analyzed according to these variables. Furthermore, three levels of the aspect ratio of used steel fibers were considered. The highest flexural strength of 65.0 MPa was shown at the fiber aspect ratio of 80 and the fiber volume fraction of 7.0%, and the flexural strength and toughness increased proportionally to the fiber volume fraction. The test results according to fiber aspect ratio and fiber volume fraction revealed that after the initial crack, the load of the SIFCON-based HPFRCC continuously increased because of the high fiber volume fraction. In addition, sufficient residual strength was achieved after the maximum strength; this achievement will bring about positive effects on the brittle fracture of structures when an unexpected load, such as explosion or impact, is applied.
Unidirectional polymer composites were prepared using high-strength carbon fibers as reinforcement and phenolic resin as matrix precursor with keeping fiber volume fraction at 30, 40, 50 and 60% respectively. These composites were carbonized at $1000^{\circ}C$ and graphitised at $2600^{\circ}C$ in the inert atmosphere. The carbonized and graphitised composites were characterized for mechanical properties as well as microstructure. Microscopic studies were carried out of the polished surface of carbonized and graphitised composites after etching by chromic acid, to understand the effect of fiber volume fraction on oxidation at fiber-matrix interface. It is found that the flexural strength in polymer composites increases with fiber volume fraction and so does for the carbonised composites. However, the trend was found to be reversed in graphitised composites. In all the carbonized composites anisotropic region has been observed at fiber-matrix interface which transforms into columnar type microstructure upon graphitisation. The extension of strong and weak columnar type microstructure is function of fiber volume fraction. SEM microscopy of the etched surface of the sample reveal that composites containing 40% fiber volume has minimum oxidation at the interface, revealing a strong interfacial bonding.
The effective longitudinal shear modulus(LSM) of continuous composites is studied theoretically and numerically using 3-phase unit cell model. Circular, hexagonal and rectangular shapes of reinforced fiber are considered to predict the shear modulus as a function of elastic modulus of each phase and volume fraction of interphase and reinforced fiber. It is found that rectangular fiber shape in low fiber volume fraction($v_f$<30%) and circular fiber shape in high volume fraction($v_f$>40%) shows the higher longitudinal shear modulus. Also the obtained values of LSM for rectangular array and by numerical analysis are higher than those of hexagonal array and by theoretical analysis respectively. The reinforcing effects of interphase are more significant in cases of higher fiber volume fraction and circular fiber shape. Not only the spatial distribution and shape of reinforcing fiber but also the volume of interphase have a pronounced effects on the overall LSM. It is also found that the tangent moduous of 2-and 3-phase polymer matrix composites is insensitive to the shape and distribution of reinforcing fibers.
Research on permeable pavement like asphalt and concrete pavement with porous structure has been increasing due to environmental and functional need such as reduction of run off and flood, and increase and purification of underwater resource. This study was performed to evaluate permeability, strengths and durability of permeable polymer concrete (PPC) using recycled aggregate that is obtained from waste concrete. Also, 6mm length of polypropylene fiber was used to increase toughness and interlocking between aggregate and aggregate surrounded by binder. In the test results, regardless of kinds of aggregates and fiber contents, the compressive strength and permeability coefficient of all types of PPC showed the higher than the criterion of porous concrete that is used in permeable pavement in Korea. Also, strengths of PPC with increase polypropylene fiber volume fraction showed slightly increased tendency due to increase binder with increase of fiber volume fraction. The weight reduction ratios for PPC after 300 cycles of freezing and thawing were in the range of 1.6~3.8 % and 2.2~5.6 %, respectively. The weight change ratio was very low regardless of the fiber volume fraction and aggregates. The weight reduction ratios of PPC with fiber and aggregate were in the range of 1.3~2.7 % and 2.2~3.2 % after 13 weeks and was very low regardless of the fiber volume fraction and aggregates.
원통형 복합재 격자 구조는 필라멘트 와인딩 공법으로 제작되며 제작 공정에서 두께방향 섬유체적비 불균일이 발생할 수 있다. 섬유체적비 불균일은 구조의 강성에 영향을 미칠 수 있으며 강성 및 좌굴 특성이 변화할 수 있다. 본 연구에서는 두께방향 섬유체적비 불균일이 복합재 격자 구조의 비틀림 좌굴 하중에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 섬유체적비 변화에 의한 강성 변화를 유한요소 모델에 적용하였고 비틀림 하중을 가한 뒤 좌굴 해석을 수행하였다. 두께방향 섬유체적비 편차에 따른 좌굴 하중을 비교하였다. 섬유체적비 불균일에 의해 비틀림 좌굴 하중이 저하될 수 있음을 확인하였다.
Practially useful method of steel fiber for construction work is presented in this study. The most important purpose of this study is to develop a model which can predict mechanical behavior of the structure according to aspect ratio and volume fraction of steel fiber. Experiments on compressive strength, elastic modulus, and splitting strength were performed with self-made cylindrical specimens of variable aspect ratios and volume fractions. The experiment showed that compressive strength was not in direct proportion to volume fraction which doesn't seem to have great influence over compressive strength. However, splitting strength showed almost direct proportion to aspect ratio and volume fraction. Improvement of optimal efficiency was confirmed when the aspect ratio was 70. Experiments on flexural strength, fracture energy, and characteristic length were carried out with self-manufactured beams with notch. As a result, increases of flexural strength, fracture energy, and characteristic length according to increase of volume fraction tend to be prominent when aspect ratio is 70. The steel fiber improves concrete to be more ductile and tough. Moreover, regression analysis was the performed and predictable model was developed after determining variables. With comparison and analysis of suggested estimated values and measured data, reliance of the model was verified.
Kinds, shapes and fraction ratios of fibers have influence on properties of HPFRCC(High-Performance Fiver Reinforced Cementitious Concrete) like bending strength, strain capacity and fracture toughness. For example, hydrophilic fibers have different chemical bond strength from hydrophobic fibers, fiber shapes influence on fiber pull-out and rupture, and fiber volume fraction influence on bending strength. In this study, to estimate influences of kinds, shapes and fraction ratios of fibers, we make HFRCC with 3 kind of fiber in various volume fraction of fiber and compare cracking, bending strength and fracture toughness. As the results, bending strength of HPFRCC was increased as fiber volume fraction was increase and fiber tensile strength was increase, and strain capacity and fracture toughness of HFRCC was higher in fiber pull-out fracture than in fiber rupture fracture. And HFRCC showing pseudo strain hardening has higher fiber reinforce efficiency than others.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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