Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1993.10a
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pp.656-659
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1993
The failure phenomenon of Dual Basalt Fibers Reinforced Epoxy Composites(DFC) under tensile load was studied using acoustic emission(AE) technique. AE amplitude and AE energy were mainly associated with the internal microscopic failure mechanism of DFC specimen, such as fiber fracture, matrix cracking, and fiber/matrix debonding. Fiber failures in the DFC specimens were distinguishable by showing the highest AE energy amplitude. They were dependant on the fiber diameters. Matrix cracking was determined from the relatively lower AE amplitude and AE energy, whereas fiber/matrix debonding could not be successfully isolated. AE method, however, can be applicable to the fragmentation method for interfacial strength(IFSS) in DFC specimens with adjusting the threshold to isolate fiber breaks from matrix crack and debonding.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.39
no.6
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pp.675-689
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2019
Development of smart construction materials with both self-strain and self-damage sensing capacities is still difficult because of little information about the self-damage sensing source. Herein, we investigate the effects of the matrix strength, fiber geometry, and fiber content on the electrical resistivity of steel-fiber-reinforced cement composites by multi-fiber pullout testing combined with electrical resistivity measurements. The results reveal that the electrical resistivity of steel-fiber-reinforced cement composites clearly decreased during fiber-matrix debonding. A higher fiber-matrix interfacial bonding generally leads to a higher reduction in the electrical resistivity of the composite during fiber debonding due to the change in high electrical resistivity phase at the fiber-matrix interface. Higher matrix strengths, brass-coated steel fibers, and deformed steel fibers generally produced higher interfacial bond strengths and, consequently, a greater reduction in electrical resistivity during fiber debonding.
Brittle matrix composites often have interfacial debonding between the fiber and matrix which may lead to strength and stiffness degradation. The effect of interfacial debonding and fiber volume fraction on the mechanical properties of composite material were studied by using finite element method. Firstly, the modelling of fiber and matrix constituting the composite material was simplified under some assumptions. Traction and displacement continuity conditions were imposed along the boundary of adjacent representative volume elements. In order to obtain the effective material properties of composite material, stiffness constants were inverted. Numerical values of longitudinal moduli in case of perfect bonding were compared with theoretical values obtained by rule of mixtures and yielded consistency. Material properties of composite with large debonding an81e were found to decrease even though the fiber volume fraction increased.
Shear-induced phase transformation behavior of chemically stabilized $\beta$-cristobalite was studied by the fiber push-out technique. To obtain the critical grain size for phase transformation, the hot-pressed polycrystalline $\beta$-cristobalite, which was used as the interphase between fiber and matrix, was annealed at $1300^{\circ}C$ for 10h. Two types of fibers, mullite and sapphire fiber, were used in this study. Debonding between mullite fiber and cristobalite interphase occurred at a critical load of 230 MPa. Static friction and fiber sliding were continuously followed by debonding. Shear-induced transformation induced cracks in the cristobalite interphase at the debonding stage. In the case of the sapphire fiber, the debonding occurred at a lower load of 180 MPa due to the residual stress in the interface caused by the difference in thermal expansion coefficients between the fiber and the cristobalite interphase. The load was insufficient for shear-induced phase transformation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.7
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pp.1384-1392
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2002
Single fiber pull-out technique has been commonly used to characterize the mechanical behavior of interface in fiber reinforced composite materials. An improved analysis considering the effects of transversely isotropic properties of fiber and the effects of thermal residual stresses in both radial and axial directions along the fiber/matrix interface is developed for the single fiber pull-out test. Although the stress transfer properties across the interface is not much affected by considering the transversely isotropic properties of fiber, interfacial debonding is notably encouraged by the effect. The interfacial shear stress that plays an important role in interfacial debonding is very much affected by the component of axial thermal residual stress in the bonded region, which can induce a two-way debonding mechanism.
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.
The single fiber pull-out technique has been commonly used to characterize the mechanical behavior of fiber/matrix interface in fiber reinforced composite materials. In this study, an improved analysis considering the effect of thermal residual stresses in both radial and axial directions is developed for the single fiber pull-out test. It is found to have the pronounced effects on the stress transfer properties across the interface and the interfacial debonding behavior.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.3
no.1
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pp.71-77
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2009
A theoretical model of multiple cracking failure mechanism is proposed herein for fiber reinforced high performance Cementitious composites. By introducing partial debonding energy dissipation on non-first cracking plane and fiber reinforcing parameter, the failure mechanism model of multiple cracking is established based on the equilibrium assumption of total energy dissipation on the first crack plane and non-first cracking plane. Based on the assumption of the first crack to be the final failure crack, energy dissipation terms including complete debonding energy, partial debonding energy, strain energy of steel fiber, frictional energy, and matrix fracture energy have been modified and simplified. By comparing multiple cracking number and energy dissipations with experiment results of the reference's data, it indicates that this model can describe the multiple cracking behavior of fiber reinforced high performance cementitious composites and the influence of the partial debonding term on energy dissipation is significant. The model proposed may lay a foundation for the predictions of the first cracking capacity and post cracking capacity of fiber reinforced high performance cementitious composites and also can be a reference for optimal mixture for construction cost.
The fracture energy of glass fiber/carbon fiber/epoxy resin hybrid composite system was investigated in the aspect of fracture mechanism. Epoxy resin matrix was DGEBA-MDA-SN-HQ system. On the interface of glass fiber and matrix, post debone friction energy provided a major contribution to the fracture energy, and debonding energy and pull-out energy were of the similar value. In the case of fracture on the interface of carbon fiber and matrix, pull-out energy was the major contributor.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.35
no.4
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pp.421-427
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1999
The critical fracture energy and failure mechanisms of GF/PP composites are investigated in the temperatures range of the ambient temperature to $-50^{\circ}C$ The critical fracture energy increase as fiber volume fraction ratio increased The critical fracture energy shows a maximum at ambient temperature and it tends to decrease as temperature goes up. Major failure mechanisms can be classfied such as fiber matrix debonding, fiber pull-out and/or delamination and matrix deformation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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