Fiber metal laminates (FMLs) are well known for improved fatigue strength, better impact resistance, superior damage tolerance and slow crack growth rate compared to traditional metallic materials. However, defects and loss of strength of a composite material can occur due to the vertical load from the punch during the joining with a dissimilar material using a conventional clinching method. In the current study, tapered-hole clinching was an alternative process used to join Al 5052 and FMLs. The tapered hole was formed in the FML before the joining. For the better understanding of static and dynamic characteristics, a clinched joining followed by a tensile-shear test was numerically simulated using the finite element analysis. The design parameters were also evaluated for the geometry of the tapered hole by the Taguchi method in order to improve and compare the lateral joining strength of the clinched joint. The influence of the neck thickness and the undercut were evaluated and the contribution of each design parameter was determined. Then, actual experiments for the joining and tensile-shear test were conducted to verify the results of the numerical simulations. In conclusion, the appropriate combination of the design parameters can improve the joining strength and the cross-sections of the tapered-hole clinched joint formed in the actual experiments were in good agreement with the results of the numerical simulations.
This paper simulates the hysteretic behavior of steel reinforced recycled concrete (SRRC) columns under cyclic loads using OpenSees software. The effective fiber model and displacement-based beam-column element in OpenSees is applied to each SRRC columns. The Concrete01 material model for recycled aggregate concrete (RAC) and Steel02 material model is proposed to perform the numerical simulation of columns. The constitutive models of RAC, profile steel and rebars in columns were assigned to each fiber element. Based on the modelling method, the analytical models of SRRC columns are established. It shows that the calculated hysteresis loops of most SRRC columns agree well with the test curves. In addition, the parameter studies (i.e., strength grade of RAC, stirrups strength, steel strength and steel ratio) on seismic performance of SRRC columns were also investigated in detail by OpenSees. The calculation results of parameter analysis show that SRRC columns suffered from flexural failure has good seismic performance through the reasonable design. The ductility and bearing capacity of columns increases as the increasing magnitude of steel strength, steel ratio and stirrups strength. Although the bearing capacity of columns increases as the strength grade of RAC increases, the ductility and energy dissipation capacity decreases gradually. Based on the test and numerical results, the flexural failure mechanism of SRRC columns were analysed in detail. The computing theories of the normal section of bearing capacity for the eccentrically loaded columns were adopted to calculate the nominal bending strength of SRRC columns subjected to vertical axial force under lateral cyclic loads. The calculation formulas of horizontal bearing capacity for SRRC columns were proposed based on their nominal bending strength.
The fiber-reinforced polymer (FRP) composite panel, with the benefits of light weight, high strength, good corrosion resistance, and long-term durability, has been considered as one of the prosperous alternatives for structural retrofits and replacements. Although with these advantages, a further application of FRPs in bridge engineering may be restricted, and that is partly due to some unsatisfied thermal performance observed in recent studies. In this regard, Kansas Department of Transportation (DOT) conducted a field monitoring program on a bridge with glass FRP (GFRP) honeycomb hollow section sandwich panels. The temperatures of the panel surfaces and ambient air were measured from December 2002 to July 2004. In this paper, the temperature distributing behaviors of the panels are firstly demonstrated and discussed based on the field measurements. Then, a numerical modeling procedure of temperature fields is developed and verified. This model is capable of predicting the temperature distributions with the local environmental conditions and material's thermal properties. Finally, a parametric study is employed to examine the sensitivities of several temperature influencing factors, including the hollow section configurations, environmental conditions, and material properties.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.5
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pp.323-330
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2023
The development of an analysis model that reflects the microstructure characteristics of polyvinyl alcohol (PVA) fiber-reinforced cementitious composites, which have a highly complex microstructure, enables synergy between efficient material design and real experiments. PVA fiber orientations are an important factor that influences the mechanical behavior of PVA fiber-reinforced cementitious composites. Owing to the difficulty in distinguishing the gray level value obtained from micro-CT images of PVA fibers from adjacent phases, fiber segmentation is time-consuming work. In this study, a micro-CT test with a voxel size of 0.65 ㎛3 was performed to investigate the three-dimensional distribution of fibers. To segment the fibers and generate training data, histogram, morphology, and gradient-based phase-segmentation methods were used. A U-net model was proposed to segment fibers from micro-CT images of PVA fiber-reinforced cementitious composites. Data augmentation was applied to increase the accuracy of the training, using a total of 1024 images as training data. The performance of the model was evaluated using accuracy, precision, recall, and F1 score. The trained model achieved a high fiber segmentation performance and efficiency, and the approach can be applied to other specimens as well.
Sung-Youl Bae;Kyo-Moon Lee;Sanjay Kumar;Ji-Hun Seok;Jae-Wan Choi;Woo-Hyuk Son;Yun-Hae Kim
Composites Research
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v.36
no.5
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pp.355-360
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2023
Epoxy-based carbon fibers reinforced plastic (CFRP) exhibit limitations in their suitability for industrial applications due to high brittleness characteristics. To address this challenge, extensive investigations are underway to enhance their toughness properties. This research focuses on evaluating the toughening mechanisms achieved by Polyamide 6 particles(p-PA6) and Carboxyl-Terminated Butadiene-Acrylonitrile (CTBN) elastomer, with a specific emphasis on utilizing minimal additive quantities. The study explores the impact of varying concentrations of p-PA6 and CTBN additives, namely 0.5, 1, 2.5, and 5 phr, through comprehensive Mode I fracture toughness and tensile strength analyses. The inclusion of p-PA6 demonstrated improvements in toughness when introduced at a relatively low content of 1phr. This improvement manifested as a sustained fracture behavior, contributing to enhanced toughness, while simultaneously maintaining the material's tensile strength. Furthermore, the investigation revealed that the incorporation of p-PA6 affected in particle aggregation, thus influencing the overall toughening mechanism. Incorporation of CTBN, an elastomeric modifier, exhibited a pronounced increase in fracture toughness at higher concentrations of 2.5 phr and beyond. However, this increase in toughness was accompanied by a reduction in tensile strength, resulting in fracture behavior similar to conventional CFRP exhibiting brittleness. The synergy between pPA6, CTBN and CFRP appeared to marginally enhance tensile strength under specific content conditions. As a result of this study, optimized conditions for the application of the p-PA6, CTBN toughening technology have been identified and established.
Seo, Hyoung-Seock;Jang, Ho-Yun;Lee, In-Won;Choi, Heung-Soap
Composites Research
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v.28
no.1
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pp.15-21
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2015
The purpose of this paper is to investigate the current trends of composite applications in the marine and leisure fields and to study the development of 33ft class America's cup training CFRP sailing yacht. In the field of marine and leisure, composite materials have been just used to marine and leisure structures, recently. Especially, since the America's cup of sailing yacht racing has required the light weight and high mechanical performance to make a high speed, CFRP have been recognized as the critical material to construct the racing yacht structures. To establish the process of CFRP racing yacht construction, the design optimizations and production methods of carbon mast and CFRP yacht hull were discussed in this paper. Finally, the constructed CFRP sailing yacht exhibited high performance as the racing yacht through the sailing test.
In this study, the effects of ring stiffeners for buckling of cylindrical shells with composite materials were analyzed. The finite element method was used: 3-D beam elements were used for stiffeners and flat shell elements were used for cylindrical shells and were improved by introducing a substitute shear strain. The ring stiffeners were of the transverse rib type. The buckling behaviors of the cylindrical shells were analyzed based on various parameters, such as locations and sizes of stiffeners, diameter/length ratios and boundary conditions of shells, and fiber-reinforced angles. Effective reinforcement was examined by understanding the exact behaviors for buckling. The results of the analysis may serve as references for designs and future investigations.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.30
no.5
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pp.429-436
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2010
Recently, (terahertz ray) applications have emerged as one of the most promising new powerful nondestructive evaluation (NDE) techniques. In this study, a new T-ray time-domain spectroscopy system was utilized for detecting and evaluating layup effect and flaw in FRP composite laminates. Extensive experimental measurements in reflection and thru-transmission modes were made to map out the T-ray images. Especially this was demonstrated in thick GFRP laminates containing double saw slots. In carbon composites the penetration of terahertz waves is limited to some degree and the detection of flaws is strongly affected by the angle between the electric field(E-field) vector of the terahertz waves and the intervening fiber directions. The artificial defects investigated by terahertz waves were bonded foreign material, simulated disbond and delamination and mechanical impact damage. The effectiveness and limitations of terahertz radiation for the NDE of composites are discussed.
Kim, Y.H.;Choi, B.G.;Son, J.H.;Cho, Y.D.;Eum, S.H.;Woo, B.H.
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2005.06a
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pp.377-381
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2005
The using of composite material is an aviation field but it changes into a general industry. Especially composites are expanding the use on transportation vehicles like automobiles, ships, and aircraft. The main factor of this expansion is high specific strength. It can supply a high quality and efficiency of energy. But manufacturing of composite products requires many raw materials and tooling cost for special process, so we needs a reduction of these costs to achieve best efficiency. In the present study, we contrast the change of mechanical and physical properties between VaRTM(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) and hand lay-up process. VaRTM process can offer a high quality the same as autoclave products, and low cost like hand lay-up process. In the results of mechanical tests, VaRTM specimen is stronger than hand lay-up specimen and hand lay-up specimen became delamination. In the results of physical tests, the resin content of VaRTM specimen is lower than hand lay-up specimen. On micrograph, the strength of specimen by VaRTM between fiber and resin is stronger than that of one by hand lay-up. And the specimen by hand lay-up contains more defects than one by VaRTM. So, VaRTM process can practically apply for automobile engine hood. This paper shows that VaRTM process is one of the most suitable processes for composite parts of automobile.
In this study, we analyzed process numerically when a bogie frame skin is manufactured by applying resin transfer molding process using composite material instead of steel. Processing time was compared based on the various thickness of bogie frame skin and the weight variation of a skin was also considered. As a result, RTM processing time decreases and the weight of a bogie reduces as the thickness of frame skin increases with the assumption that fiber volume is constant inside the skin. By considering these results as the information to estimate the production cost, trade-off between two fields, processing time and structural properties, can be performed in design optimization to produce bogie frame.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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