Through the use of finite element analysis and acoustic emission techniques we have evaluated the interfacial failure of a carbon fiber reinforced polymer (CFRP) repair patch on a notched aluminum substrate. The repair of cracks is a very common and widely used practice in the aeronautics field to extend the life of cracked sheet metal panels. The process consists of adhesively bonding a patch that encompasses the notched site to provide additional strength, thereby increasing life and avoiding costly replacements. The mechanical strength of the bonded joint relies mainly on the bonding of the adhesive to the plate and patch stiffness. Stress concentrations at crack tips promote disbonding of the composite patch from the substrate, consequently reducing the bonded area, which makes this a critical aspect of repair effectiveness. In this paper we examine patch disbonding by calculating the influence of notch tip stress on disbond area and verify computational results with acoustic emission (AE) measurements obtained from specimens subjected to uniaxial tension. The FE results showed that disbonding first occurs between the patch and the substrate close to free edge of the patch followed by failure around the tip of the notch, both highest stress regions. Experimental results revealed that cement adhesion at the aluminum interface was the limiting factor in patch performance. The patch did not appear to strengthen the aluminum substrate when measured by stress-strain due to early stage disbonding. Analysis of the AE signals provided insight to the disbond locations and progression at the metal-adhesive interface. Crack growth from the notch in the aluminum was not observed until the stress reached a critical level, an instant before final fracture, which was unaffected by the patch due to early stage disbonding. The FE model was further utilized to study the effects of patch fiber orientation and increased adhesive strength. The model revealed that the effectiveness of patch repairs is strongly dependent upon the combined interactions of adhesive bond strength and fiber orientation.
Kim, Jang-Ho Jay;Park, Jeong-Cheon;Lee, Sang-Won;Kim, Sung-Bae
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.23
no.4
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pp.511-520
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2011
Recent studies to improve reinforcement of structures have developed stiff type Polyurea by using highly polymized compound Polyurea, but the reinforcing effect of it appears to be merely good. To find the proper usage of Polyurea as structural reinforcement, stiff type Polyurea has developed by manipulating the ratio of the components that consist flexural type Polyurea and the developed stiff type Polyurea shows higher hardness and tensile capacity. The reinforcement effect evaluation of has been performed by the polyurea applied RC slab specimens, and the reinforcement effect of the combination of fiber sheet and polyurea has been tested. The results shows that the Polyurea applied specimens have significant improvement on hardness and ductility compare to those of unreinforced. Also, the specimens that stiff type Polyurea is sprayed on fiber sheet reinforcement has higher reinforcing effect than only sheet reinforced specimens. However, the specimens that and fiber sheet attached after polyurea applied on showed that the high toughness of fiber sheet restrains the ductile behavior of Polyurea due to the high ductility, thereby the specimen suffers the concentration of load, which leads the brittle fracture behavior.
Purpose: This paper aims to develop an asphalt pavement system with reduced cracks, structural stability and waterproofing at sub-zero temperature conditions. Method: Under various temperature conditions, SIS polymer asphalt, normal asphalt, and guss asphalt were tested for adhesion strength of the binder and deformation strength of the mixture. Result: The adhesion strength of asphalt binder was higher in SIS polymer asphalt than that of normal asphalt and guss asphalt. The deformation strength of the asphalt mixture was almost the same as that of SIS polymer asphalt and normal asphalt. The energy absorption of the SIS polymer asphalt mixture was relatively higher than that of the normal asphalt mixture and the guss asphalt mixture. Conclusion: The maximum load of the SIS polymer asphalt mixture was lower than that of the guss asphalt mixture. However, in sub-zero temperature conditions, sufficient energy absorption was secured by stable load reduction. Therefore, it is expected to improve the durability of asphalt pavement by reducing the occurrence of microcracks with stable fracture behavior.
Lee, Cheol Ho;Kim, Dae Kyung;Han, Kyu Hong;Park, Chang Hee;Kim, Jin Ho;Lee, Seung Eun;Kim, Do Hwan
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.25
no.4
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pp.431-440
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2013
In this study, a standard tensile welded-joint test was conducted to select a welding electrode suitable for recently developed HSA800 steel. Two welding electrodes were available at the time of this study; one was GMAW-based and the other FCAW-based. The tensile test specimens were fabricated by joining 60mm-thick HSA800 plates according to the AWS-prequalified groove welded joint details. Specimens which violate the standard root opening distance (ROD) were also included to see if poor construction tolerance could be accommodated. During fabrication, serious concerns about the welding efficiency of the GMAW-based product were raised by a certified welder. Both welding electrodes showed satisfactory and similar performance from welded joint strength perspective. But groove welded joints made by using the FCAW-based rod consistently showed more ductile and stable behavior. The AISC provisions for PJP joint strength were shown to be very conservative under direct tensile loading. Violating the AWS prequalified ROD by 100% apparently passed the strength criteria, but unusual crater-like fracture surface was observed.
Scaled model tests were performed to evaluate the reinforcement effect of rock bolts in anisotropic rock mass. For this purpose, two tunnel cases were experimented which had different tunnel sizes, rock strengths, anisotropic angles and coefficients of lateral pressure. The fully grouted rock bolts of the D25 deformed bar were modeled as the basting pins with bead and were systematically installed at the roof and the side wall of the model tunnel. As results of the first case experimentations, the unsupported model showed initial crack at the roof of tunnel, but the supported model with rock bolts showed initial crack at the floor of tunnel where rock bolts were not installed. The crack initiating pressure and the maximum pressure of the supported model with rock bolts were 11% and 7% larger than those of the unsupported model, respectively. Moreover, the effect of the existing discontinuities in anisotropic rock mass on the fracture behavior of tunnel was reduced in the supported model, and so the reinforcement effect of rock bolt turned out to be experimentally verified. As results of the second case experimentations considering different support patterns, the crack initiating pressures of models were larger and the reduction ratios of tunnel area according to applied load were smaller as the length and the quantity of rock bolts were larger. Therefore, it was found that the performance of the rock bolts turned out to be improved as they were larger.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.5
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pp.263-274
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2018
In this study, the applicability and external/internal stability of a MSEW abutment with a slab were investigated. Structural analysis of slab bridges between 10 ~ 20.0 m and thicknesses of 0.7 ~ 0.9 m was carried out to calculate the reaction forces due to dead and live loads acting on the bridge supports. The slab bridge with a length of 20.0 m satisfied the allowable contact pressure of 200 kPa for the true MSEW abutment. Because the external stability of the true MSEW abutment was dominated by the geometry of the MSE wall, the change in the factor of safety due to the load of the super-structure is small. Because the stiffness of the foundations is fixed and the load of the super-structure is increased, the factor of safety of the bearing capacity was reduced. As the load of the super-structure was increased, the horizontal earth pressure of the true MSEW abutment increased greatly. As a result, the pullout and fracture of the uppermost reinforcement, which are the factors of safety, did not meet the design criteria. Therefore, it is necessary to increase the pullout resistance and the long-term allowable tensile force of the reinforcement placed on the top of the reinforced soils to ensure efficient design and performance of a true MSEW abutment.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.2
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pp.702-709
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2018
A quick-hardened concrete track was developed to improve the aged ballasted track to a concrete track, and applied to earthworks and tunnels of main and urban railways. Rebars for reinforcement are not generally applied to prestressed concrete sleepers. On the other hand, many cracked sleepers have been observed in railroad sites. A wide sleeper, which is one of the main components of quick-hardened concrete track, should be structurally safe and crack-resistant in a ballasted and concrete track to avoid this problem. In particular, a wide sleeper manufactured by a post-tension method must have reinforcing bars applied to the rail-seat section. In this paper, static tests, dynamic tests, and fatigue tests were carried out to compare the flexural strength and crack resistance performance of a wide sleeper with and without reinforcing bars for a quick-hardened concrete track. As a result of the test, if some reinforcing bars are applied appropriately to the rail-seat section of a wide sleeper, it will be possible to prevent the occurrence of cracks, delay the expansion of the crack width, and the flexural fracture.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.2
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pp.697-703
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2017
This paper examines the flexure behavior of FRP-concrete composite structure that can replace conventional reinforced concrete structure types. In order to investigate the structural performance and behavioral characteristics in numerical analysis means, ABAQUS, a general purpose finite element analysis program, was utilized for nonlinear finite element analysis, and the various variables and their influences were analyzed and compared with experimental results to suggest values optimized to this composite structure. The concrete damage plasticity model and Euro code for concrete were used. In the implicit finite element analysis, the convergence was ambiguous when geometrical and material nonlinearity were large, so the explicit finite element analysis used in this study was deemed to be appropriate. From the comparison with the experiment about concrete damaged plasticity model, 20mm for the mesh size, $30^{\circ}$ for the dilation angle, $100Nmm/mm^2$ for the value of fracture energy, 0.667 for Kc value, and the consideration of damage parameter were suggested believed to be appropriate. The numerical model suggested in this study was able to imitate the ultimate load and cracking pattern very well; therefore, it is expected to be utilized in research of various new material composite structures.
In the performance of a wind turbine system, the blades play a vital role. However, they are susceptible to damage arising from complex and irregular loading (which may even cause catastrophic collapse), and they are expensive to maintain. Therefore, it is very important both to find defects after blade manufacturing is completed and to find damage after the blade is used for a certain period of time. This study provides a new perspective for the detection of internal defects in glass-fiber- and carbon-fiber-reinforced panels, which are used as the main materials in wind turbine blades. A gap or fracture between fiber-reinforced materials, which may occur during blade manufacturing or operation, is simulated by drilling a hole 5 mm in diameter in the middle layer of the laminated material. Then, a digital-image-correlation (DIC) method is used to detect internal defects in the blade. Tensile load is applied to the fabricated specimen using a tensile tester, and the generated changes are recorded and analyzed with the DIC system. In the glass-fiber-reinforced laminated specimen, internal defects were detected from a strain value of 5% until the end of the experiment, while in the case of the carbon-fiber-reinforced laminated specimen, internal defects were detected from 1% onward. It was proved using the DIC system that the defect was detected as a certain level of strain difference developed around the internal defects, according to the material properties.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.3
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pp.173-182
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2013
The building design projects which are being proceeded nowadays pursue a complex and various shape of structures, escaping from the traditional and regular shape of buildings. In this new trend of the architecture, there rises a demand of the research in the structural engineering for the effective realization of such complex-shaped buildings which disassembles the orthogonality of frames. As a distinguished characteristics of the buildings in a complex-shape, there frequently are inclined columns included in the structural frame. The inclined column causes extra axial force and bending moment at the beam-column connection so it is necessary to assess those effects on the structural behavior of the frame and the connection by experiment or analysis. However, with comparing to the studies on the normal beam-column connections, the inclined column connections have not been studied sufficiently. Therefore, this study evaluated the beam-column connections having an inclined column using nonlinear and finite element analysis method. In this paper, steel moment frames having inclined columns were analyzed by the nonlinear pushover analysis to check the global behavior and beam-column connection models were analyzed by the finite element analysis to check the buckling behavior and the fracture potentials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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