TBM concrete segment requires a higher level of material properties compared to general concrete structures due to difficulties in maintenance and uncertainty in ground conditions. In this regard, recently, as one of the methods to achieve enhancement effect on concrete strength, many researchers have been focusing on adding CNTs to concrete mixture. However, even CNTs do not compensate the weakness that concrete exhibits brittle behavior after cracking. Separately, over the past few decades, a number of studies have been conducted on fiber reinforced concrete which exhibits ductile behavior due to fibers bridging cracks. However, only limited studies have been conducted to employ the advantages of the both materials together. In this study, an experimental program has been conducted to investigate the effect of CNTs on the workability and the compressive behavior of PVA-ECC which exhibits ductile tensile behavior with well-distributed cracks even without a conventional rebar. In addition to the compression test, SEM analysis has been also conducted for detailed investigation in the microstructure. The variable was the CNTs mix ratio, which were set to 0.00, 0.25, and 0.50 wt.% to the binding materials. It was observed though the test results that as the CNTs mix ratio increased, the workability considerably decreased with the reduced slump and slump flow. From the compression test results, it was also investigated that the compressive behavior was improved since the compressive strength, the strain corresponding to the compressive strength, and the modulus of elasticity increased with an increase of CNTs mix ratio. The contents of this paper will be useful for relevant research areas such as fiber reinforced concrete with CNTs which might be applied for high performance TMB concrete segments.
Composite structures have components and joints. Theses connections or joints can be potentially weak points in the structure. The failure mode of the composite bolted joint is designed as a bearing failure mode for structural safety. The load-displacement relation exhibits bearing failure mode shows a nonlinear behavior after the initial failure and progressive failure behavior. In order to accurately predict the failure behavior of composite bolted joints, this study modified the shear damage variable calculation process in the existing progressive failure analysis model. The results of the bearing stress-bearing strain of the composite bolted joint were predicted using the modified progressive failure analysis model, and the modified model was verified through comparison with the previous progressive analysis model.
The carbon fiber reinforced plastic manufacturing process has a problem in that a dimensional error occurs due to thermal deformation such as residual stress, spring-in, and warpage. The main causes of thermal deformation are various, including the shape of the product, the chemical shrinkage, thermal expansion of the resin, and the mold effect according to the material and surface condition of the mold. In this study, a viscoelastic model was applied to the plate model to predict the thermal deformation. The effects of chemical shrinkage and thermal expansion of the resin, which are the main causes of thermal deformation, were analyzed, and the analysis technique of the 3-D viscoelastic model with and without mold was also studied. Then, the L-shaped mold effect was analyzed using the verified 3D viscoelastic model analysis technique. The results show that different residual deformation occurs depending on the surface condition even when the same mold is used.
When a ship with a planing line operates or turns in a straight line, the floating position and trim change according to the speed, and a large resistance is generated on the hull. In this paper, the resistance to a planing line was estimated through the computational fluid dynamics of a leisure boat with improved hull weight and durability by applying a carbon composite material to the hull. The resistance performance of the bow and stern of the 18ft class leisure boat was checked and the flow field of the entire vessel was estimated, and the stability of the planing line was confirmed by comparing the resistance of each trim through numerical analysis. In addition, it was confirmed that the designed planing line could withstand it sufficiently because the force applied to the hull was not large, and The stability of the boat was analyzed by calculating the wavelength of the wave and the length of the ship as the ratio of gravity to the inertial force and checking how much force the rolling occurred.
In this study, an optimal structural design of composite helicopter blades is performed using the genetic algorithm-based optimizer PSGA (Particle Swarm assisted Genetic Algorithm). The blade sections consist of the skin, spar, form, and balancing weight. The sectional geometries are generated using the B-spline curves while an opensource code Gmsh is used to discretize each material domain which is then analyzed by a finite element sectional analysis program Ksec2d. The HART II blade formed based on either C- or D-spar configuration is exploited to verify the cross-sectional design framework. A numerical simulation shows that each spar model reduces the blade mass by 7.39% and 6.65%, respectively, as compared with the baseline HART II blade case, while the shear center locations being remain close (within 5% chord) to the quarter chord line for both cases. The effectiveness of the present optimal structural design framework is demonstrated, which can readily be applied for the structural design of composite helicopter blades.
3Y-TZP ceramics obtained by doping 3 mol.% of Y2O3 to ZrO2 to stabilize the phase transition are widely used in the engineering ceramic industry due to their excellent mechanical properties such as high strength, fracture toughness, and wear resistance. An additional increase in mechanical properties is possible by manufacturing a composite in which a high-hardness material such as oxide or carbide is added to the 3Y-TZP matrix. In this study, composite powder was prepared by dispersing a designated percentage of WC in the 3Y-TZP matrix, and the results were compared after manufacturing the composite using the different processes of spark plasma sintering and HP. The difference between the densification behavior and porosity with the process mechanism was investigated. The correlation between the process conditions and phase formation was examined based on the crystalline phase formation behavior. Changes to the microstructure according to the process conditions were compared using field-emission scanning electron microscopy. The toughness-strengthening mechanism of the composite with densification and phase formation was also investigated.
Damage caused by impact on a vehicle composed of CFRP(carbon fiber reinforced plastic) composite to reduce weight in the aerospace industries is related to the safety of passengers. Therefore, it is important to understand the damage behavior of materials that is invisible in impact situations, and research through the FEM(finite element model) is needed to simulate this. In this study, FEM suitable for predicting damage behavior was constructed for impact analysis of unidirectional laminated composite. The calibration parameters of the MAT_54 Enhanced Composite Damage material model in LS-DYNA were acquired by inverse estimation through ANN(artificial neural network) model. The reliability was verified by comparing the result of experiment with the results of the ANN model for the obtained parameter. It was confirmed that accuracy of FEM can be improved through optimization of calibration parameters.
Woo Seok Jin;Pranabesh Sahu;Gyuri Kim;Seongrok Jeong;Cheon Young Jeon;Tae Gyu Lee;Sang Ho Lee;Jeong Seok Oh
Elastomers and Composites
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v.58
no.1
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pp.32-43
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2023
The worldwide use of polyurethane foam products generates large amounts of waste, which in turn has detrimental effects on the surroundings. Hence, finding an economical and environmentally friendly way to dispose of or recycle foam waste is an utmost priority for researchers to overcome this problem. In that sense, the glycolysis of waste flexible polyurethane foam (WFPF) from automotive seat cushions using different industrial-grade glycols and potassium hydroxide as a catalyst to produce recovered polyol was investigated. The effect of different molecular weight polyols, catalyst concentration, and material ratio (PU foam: Glycols) on the reaction conversion and viscosity of the recovered polyols was determined. The obtained recovered polyols are obtained as single or split-phase reaction products. Besides, the foaming characteristics and physical properties such as cell morphology, thermal stability, and compressive stress-strain nature of the regenerated flexible foams based on the recovered polyols were discussed. It was observed that the regenerated flexible foams displayed good seating comfort properties as a function of hardness, sag factor, and hysteresis loss compared to the reference virgin foam. With the growing demand for a sustainable and circular economy, a global valorization of glycolysis products from polyurethane scraps can be realized by transforming them into profitable substances.
Harshada R. Chothe;Jin Hwan Lim;Jung Gi Kim;Taekyung Lee;Taehyun Nam;Jeong Seok Oh
Elastomers and Composites
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v.58
no.1
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pp.44-56
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2023
Additive manufacturing (AM) or three-dimensional (3D) printing of metals has been drawing significant attention due to its reliability, usefulness, and low cost with rapid prototyping. Among the various AM technologies, fused deposition modeling (FDM) or fused filament fabrication is receiving much interest because of its simple manufacturing processing, low material waste, and cost-effective equipment. FDM technology uses metal-filled polymer filaments for 3D printing, followed by debinding and sintering to fabricate complex metal parts. An efficient binder is essential for producing polymer filaments and the thermal post-processing of printed objects. This study involved an in-depth investigation of and a fabrication route for a novel multi-component binder system with steel alloy powder (45 vol.%) ranging from filament fabrication and 3D printing to debinding and sintering. The binder system consisted of polyvinyl pyrrolidone (PVP) as a binder and thermoplastic polyurethane (TPU) and polylactic acid (PLA) as a carrier. The PVP binder held the metal components tightly by maintaining their stoichiometry, and the TPU and PLA in the ratio of 9:1 provided flexibility, stiffness, and strength to the filament for 3D printing. The efficacy of the binder system was examined by fabricating 3D-printed cubic structures. The results revealed that the thermal debinding and sintering processes effectively removed the binder/carrier from the cubic structures, resulting in isotropic shrinkage of approximately 15.8% in all directions. The scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) patterns displayed the microstructure behavior, phase transition, and elemental composition of the 3D cubic structure.
Nanocomposite blade for dicing semiconductor wafer is investigated for micro/nano-device and micro/nano-fabrication. While metal blade has been used for dicing of silicon wafer, polymer composite blades are used for machining of quartz wafer in semiconductor and cellular phone industry in these days. Organic-inorganic material selection is important to provide the blade with machinability, electrical conductivity, strength, ductility and wear resistance. Maintaining constant thickness with micro-dimension during shaping is one of the important technologies fer machining micro/nano fabrication. In this study the fabrication of blade by wet processing of mixing conducting nano ceramic powder, abrasive powder phenol resin and polyimide has been investigated using an experimental approach in which the thickness differential as the primary design criterion. The effect of drying conduction and post pressure are investigated. As a result wet processing techniques reveal that reliable results are achievable with improved dimension tolerance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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