This study investigated the flowability and mechanical properties of cost-effective steel fiber reinforced ultra-high performance concrete (UHPC) by using locally available materials for field-cast application. To examine the effect of mixture constituents, five mixtures with different fractions of silica fume, silica powder, ground granulated blast furnace slag (GGBS), silica sand, and crushed natural sand were proportionally prepared. Comprehensive experiments for different mixture designs were conducted to evaluate the fresh- and hardened-state properties of self-consolidating UHPC. The results showed that the proposed UHPC had similar mechanical properties compared with conventional UHPC while the flow retention over time was enhanced so that the field-cast application seemed appropriately cost-effective. The self-consolidating UHPC with high flowability and low viscosity takes less total mixing time than conventional UHPC up to 6.7 times. The X-ray computed tomographic imaging was performed to investigate the steel fiber distribution inside the UHPC by visualizing the spatial distribution of steel fibers well. Finally, the tensile stress-strain curve for the proposed UHPC was proposed for the implementation to the structural analysis and design.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.42
no.5
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pp.607-616
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2022
Corrosion and degradation of reinforced structures due to abnormal climates and natural disasters further accelerate the aging of structures. Coping with the decrease in structure performance, many old structures are being repaired and reinforced with low-weight and high-strength materials such as glass fiber composite material (GFRP). To further contribute, this paper focus on a more economical and eco-friendly material, basalt fiber composite (BFRP), which provide a more effective lateral constraint effect for seismic reinforcement. The main variables considered in this study are the curing temperature during the manufacturing of BFRP and the material characteristics of the target concrete member. The lateral constraint reinforcement effect was investigated through the evaluation of the performance of normal concrete and those with improved durability through fiber reinforcement. The reinforcement effect was 3.15 times for normal concrete and 3.72 times for fiber reinforced concrete, and the difference in reinforcement effect due to the improvement of the durability characteristics of the compression member was not significant. Lastly, the performance of the BFRP was compared with the results of the GFRP reinforcement from the previous study. The effect of the BFRP reinforcement was 1.18 times better than that of the GFRP reinforcement.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.854-857
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2006
The centrifugal terce acting on a rotating disk creates the in-plane loads in radial and circumferential directions. Application of fiber reinforced composite materials to the relating disk can satisfy the demand for the increment of its rotating speed. However, the existing researches have been confined to lamina disks. This paper deals with the vibration analysis of rotating composite laminate disks. Dynamic equation is formulated in order to calculate the natural frequency and critical speed for rotating laminated disks. Galerkin's method is applied to obtain the series solution. The numerical results are given for the CFRP laminate disks with stacking sequence [0/90]s and [90/0]s.
Garg, A.;Mukhopadhyay, T.;Chalak, H.D.;Belarbi, M.O.;Li, L.;Sahoo, R.
Steel and Composite Structures
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v.44
no.5
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pp.707-720
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2022
In the present work, bending and free vibration analyses of multilayered functionally graded (FG) graphene platelet (GPL) and fiber-reinforced hybrid composite beams are carried out using the parabolic function based shear deformation theory. Parabolic variation of transverse shear stress across the thickness of beam and transverse shear stress-free conditions at top and bottom surfaces of the beam are considered, and the proposed formulation incorporates a transverse displacement field. The present theory works only with four unknowns and is computationally efficient. Hamilton's principle has been employed for deriving the governing equations. Analytical solutions are obtained for both the bending and free vibration problems in the present work considering different variations of GPLs and fibers distribution, namely, FG-X, FG-U, FG-Λ, and FG-O for beams having simply-supported boundary condition. First, the matrix is assumed to be strengthened using GPLs, and then the fibers are embedded. Multiscale modeling for material properties of functionally graded graphene platelet/fiber hybrid composites (FG-GPL/FHRC) is performed using Halpin-Tsai micromechanical model. The study reveals that the distributions of GPLs and fibers have significant impacts on the stresses, deflections, and natural frequencies of the beam. The number of layers and shape factors widely affect the behavior of FG-GPL-FHRC beams. The multilayered FG-GPL-FHRC beams turn out to be a good approximation to the FG beams without exhibiting the stress-channeling effects.
Lee Sang Hwan;Lee Sang Yool;Nam Jae Do;Lee Youngkwan
Polymer(Korea)
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v.30
no.1
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pp.70-74
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2006
Plasticized cellulose diacetate(CDA) was prepared by homogenizing cellulose diacetate(CDA), triacetin(TA) and epoxidized soybean oil (ESO) in a high-speed mixer, then the CDA mixture was mixed with ramie fiber to produce a green composite material. In DMA analysis, the glass transition temperature of plasticized CDA and the composite was observed at $85\;^{\circ}C\;and\;140\;^{\circ}C$, respectively. A composite reinforced with alkali treated ramie fiber exhibited significantly higher mechanical properties, such as $15\;^{\circ}C$ increase in tensile strength as well as $41\;^{\circ}C$ increase in Young's modulus when compared with commercial polypropylene. In the SEM image analysis, much enhanced adhesion between plasticized CDA and alkali treated ramie fiber (AIRa) was observed.
Hameed, R.;Hasnain, K.;Riaz, M. Rizwan;Khan, Qasim S.;Siddiqi, Zahid A.
Advances in concrete construction
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v.9
no.2
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pp.195-205
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2020
In this study, effect of recycled aggregates and polypropylene fibers on the response of conventionally reinforced concrete element subjected to tensile loading in terms of tension stiffening and strain development was experimentally investigated. For this purpose, concrete prisms of 100 × 100 mm cross section and 500 mm length having one central deformed steel re-bar were cast using fibrous and non-fibrous Recycled Aggregate Concrete (RAC) with varying percentages of recycled aggregates (0%, 25%, 50%, 75% and 100%) and tested under uniaxial tensile load. For all fibrous RAC mixes, polypropylene fibers were used at constant dosage of 3.15 kg/㎥. Effect of recycled aggregates and fibers on the compressive strength of concrete was also explored in this study. Through studying tensile load versus global axial deformation of composite and strain development in concrete and steel, it was found that replacement of natural aggregates with recycled aggregates in concrete negatively affected the cracking load, tension stiffening and strain development, and this negative effect was observed to be increased with increasing contents of recycled aggregates in concrete. The results of this study showed that it was possible to minimize the negative effect of recycled aggregates in concrete by the addition of polypropylene fibers. Reinforced concrete element constructed using concrete containing 50% recycled aggregates and polypropylene fibers exhibited cracking behavior, tension stiffening and strain development response almost similar to that of concrete element constructed using natural aggregate concrete without fiber.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.58
no.4
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pp.262-270
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2021
Consumption of Liquefied Natural Gas (LNG) has increased due to environmental pollution; therefore, the need for LNG carriers can efficiently transport large quantities of LNG, is increased. In various types of LNG Cargo Containment System (CCS), Membrane-type MARK-III composed of composite materials is generally employed in the construction of an LNG carrier. Among composite materials in a Mark-III system, glass-fiber composites act as a secondary barrier to prevent the inner hull structure from leakage of LNG when the primary barrier is damaged. Nevertheless, several cases of damage to the secondary barriers have been reported and if damage occurs, LNG can flow into the inner hull structure, causing a brittle fracture. To prevent those problems, this study conducted the applicability assessment of composite material manufactured by bonding glass-fiber and aluminum with epoxy resin and increasing layer from three-ply (triplex) to five-ply (pentaplex). Tensile tests were performed in five temperature points (25, -20, -70, -120, and -170℃) considering temperature gradient in CCS. Scanning Electron Microscopy (SEM) and Coefficient of Thermal Expansion (CTE) analyses were carried out to evaluate the microstructure and thermos-mechanical properties of the pentaplex. The results showed epoxy resin and increasing layer number contributed to improving the mechanical properties over the whole temperature range.
Journal of Korea Technical Association of The Pulp and Paper Industry
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v.43
no.2
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pp.66-71
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2011
Biocomposites were fabricated with biodegradable polymers and natural fibers. Biocomposites have benefits of low cost, low density, and biodegradability over inorganic fiber composite, and give comparable strength properties. Hydrophobic polymer used for sizing in paper industry, AKD (Akenyl Keten Dimer), was applied to natural fibers, red algae fibers (RAF) in this study, to make fiber surfaces more compatible to hydrophobic nature of matrix polymers. Composites with RAF, kenaf, glass fibers, and carbon fibers have been fabricated by a compression molding method and their thermo-mechanical properties have been studied. Also, the thermal dimensional stability test was done from at 30 to $100^{\circ}C$. The storage moduli and the thermo-mechanical stabilities of polypropylene and poly lactic acid based biocomposites were improved by reinforcing with the RAF and much more with AKD treated fibers. Dimensional stability of biocomposite was also markedly improved by AKD pretrement on RAF.
Kumar, B. Ravi;Srimannarayana, C.H. Naga;Krishnan, K. Aniruth;Hariharan, S.S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.4
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pp.515-520
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2020
In the modern era, the world is facing unprecedented challenges in form of environmental pollution and international agencies are forcing scientists and materialists to look for green materials and structures to counter this problem. Composites based on renewable sources like plant based fibres, vegetable fibres are finding increasing use in interior components of automobile vehicles, aircraft, and building construction. In the present study, jute and flax fibre based composites were developed and tested for assessing their suitability for possible applications in interior cabin and parts of automobile and aerospace vehicles. Matrix system involves epoxy as resin and fibre weight fractions used were 45% and 55% respectively. Composites samples were prepared as per American society for testing and materials (ASTM) standard and were tested for individual fiber tensile strength, composite tensile strength, and flexural strength to analyse its behavior under various loading conditions. The results revealed that the Jute fibre composites possess enhanced mechanical properties over Flax fibre composites.
A study on the robust control of a composite beam with a distributed PVDF sensor and piezo-ceramic actuator is presented in this paper. 1st and 2nd natural frequencies are considered in the modeling, because robust control theory which has robustness to structured uncertainty is adopted to suppress the vibration. If the controllers designed by H$_{\infty}$ theory do not satisfy control performance, it is improved by $\mu$-synthesis method with D-K iteration so that the $\mu$-controller based on the structured singular value satisfies the nominal performance and robust performance. Simulation and experiment were carried out with the designed controller and the verification of the robust control properties was presented by results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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