Myeong-Kyu, Kim;Hyoung-Seock, Seo;Hui-Seung, Park;Sang-Ho, Kim
Composites Research
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v.35
no.6
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pp.447-455
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2022
Currently, the problem of pollution of the marine environment by microplastics is emerging seriously internationally. In this study, to develop a lightweight portable microplastic collection device, the types and number of microplastics in 21 coastal areas nationwide in Korea were investigated. And CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic), GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic), ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer) and aluminum were applied for design and analysis of microplastic collection device to have the durability, corrosion resistance and lightweight. As a result of sample collection and classification from the shore, it was confirmed that microplastics were distributed the most in Hamdeok beach, and the polystyrene was found to be mainly distributed microplastics. Particle information through coastal field survey and CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis were used to analyze the flow rate and distribution of particles such as sand and impurities, which were applied to the structural analysis of the cyclone device using the finite element method. As a result of structural analysis considering the particle impact inside the cyclone device, the structural safety was examined as remarkable in the order of CFRP, GFRP, aluminum, and ABS. In the view of weight reduction, CFRP could be reduced in weight by 53%, GFRP by 47%, and ABS by 61% compared to aluminum for the cyclone device.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.54-63
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2022
This paper is a study on the friction damper, which is one of the seismic reinforcement devices for structures. This study developed a damper by replacing the internal friction material with ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), a type of composite material. In addition, this study applied a multi-friction method in which the internal structure where frictional force is generated is laminated in several layers. To verify the performance of the developed multi-friction damper, this study performed a characteristic analysis test for the basic physical properties, wear characteristics, and disc springs of the material. As a result of the wear test, the mass reduction rate of UHMWPE was 0.003%, which showed the best performance among the friction materials based on composite materials. Regarding the disc spring, this study secured the design basic data from the finite element analysis and experimental test results. Moreover, to confirm the quality stability of the developed multi-friction damper, this study performed an seismic load test on the damping device and the friction force change according to the torque value. The quality performance test result showed a linear frictional force change according to the torque value adjustment. As a result of the seismic load test, the allowable error of the friction damper was less than 15%, which is the standard required by the design standards, so it satisfies the requirements for seismic reinforcement devices.
Yousry B.I. Shaheen;Ghada M. Hekal;Ahmed K. Fadel;Ashraf M. Mahmoud
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.6
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pp.611-633
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2024
This study intends to investigate the response of multi-cell (MC) beams to flexural loads in which the primary reinforcement is composed of both metallic and non-metallic materials. "Multi-cell" describes beam sections with multiple longitudinal voids separated by thin webs. Seven reinforced concrete MC beams measuring 300×200×1800 mm were tested under flexural loadings until failure. Two series of beams are formed, depending on the type of main reinforcement that is being used. A control RC beam with no openings and six MC beams are found in these two series. Series one and two are reinforced with metallic and non-metallic main reinforcement, respectively, in order to maintain a constant reinforcement ratio. The first crack, ultimate load, deflection, ductility index, energy absorption, strain characteristics, crack pattern, and failure mode were among the structural parameters of the beams under investigation that were documented. The primary variables that vary are the kind of reinforcing materials that are utilized, as well as the kind and quantity of mesh layers. The outcomes of this study that looked at the experimental and numerical performance of ferrocement reinforced concrete MC beams are presented in this article. Nonlinear finite element analysis (NLFEA) was performed with ANSYS-16.0 software to demonstrate the behavior of composite MC beams with holes. A parametric study is also carried out to investigate the factors, such as opening size, that can most strongly affect the mechanical behavior of the suggested model. The experimental and numerical results obtained demonstrate that the FE simulations generated an acceptable degree of experimental value estimation. It's also important to demonstrate that, when compared to the control beam, the MC beam reinforced with geogrid mesh (MCGB) decreases its strength capacity by a maximum of 73.33%. In contrast, the minimum strength reduction value of 16.71% is observed in the MC beams reinforced with carbon reinforcing bars (MCCR). The findings of the experiments on MC beams with openings demonstrate that the presence of openings has a significant impact on the behavior of the beams, as there is a decrease in both the ultimate load and maximum deflection.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.4
s.50
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pp.67-76
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2006
In this paper the moment transfer efficiency of a web and the strain concentration at the RHS (Rectangular Hollow Section) column-to-steel beam connections was evaluated. Initially, non-linear finite element analysis of five bare steel beam models was conducted. The models were designed to have different detail at their beam-to-column connection, so that the flexural moment capacity was different respectively. Analysis results showed that the moment transfer efficiency of the analytical model with RHS-column was poor when comparing to model with WF(Wide Flnage)-column due to out-of-plane deformation of the RHS-column flange. The presence of scallop and thin plate of RHS column was also a reason of the decrease of moment transfer efficiency, which would result in a potential fracture of the steel beam-to-column connections. Analytical results were compared with the previous experimental results. The analytical and the previous experimental results showed that the strain concentration was inversely proportional to the moment transfer efficiency of a beam web and the deformation capacity of connection was poor as their moment transfer efficiency degrades. Further finite element analyses of composite beam with a floor slab revealed that the neutral axis moved toward the top flange and the moment transfer efficiency of a beam web decreased, which led to premature failure of the connection.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.1
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pp.23-29
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2018
In knee implants, contact pressure has a significant effect on wear. In this study, finite element analysis is performed using the knee implant model developed in the previous research. The contact pressures for a total of 10 knee implant materials combinations were analyzed using the combinations actually used in research and industry. In order to calculate the contact pressure, The load was applied when the flection angle of knee was $30^{\circ}$, $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$. The result of contact pressure revealed the smallest contact pressure in the titanium alloy-UHMWPE combination. In the case of UHMWPE, contact pressure did not change much with any material used in the femur. Compared the combination with the largest contact pressure and the smallest contact pressure, the difference was 0.77%. On the other hand, Carbon / PEEK composites showed 5.3% difference when the contact pressure was the largest and the smallest. It can be seen that when the Carbon / PEEK composite material is used as the bearing part, the material of the femoral part affects the wear. This study will contribute to the prediction of knee implant wear and minimization of wear.
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.
The objective of this study is to develop polymer-impregnated concrete(PIC), which is a newly developed composite material made by impregnating polymer impregnanls into hardened normal concrete, and to develop analytical techniques for its proper applications. Crystalline methyl methacrylate(MMA) is chosen as a monomer of polymer impregnants. The corrlpositions of polymer impregnants and producing processes are developed by analyzing the effects of penetration, polymerization, thermal safety, and strengthening characteristics. On t he basis of experimental results of this study, various strength characteristics and stress strain constitutive relations are formulated in terms of the compressive strength of normal concrete and the polymer loadings, which can be applied for analysis and design of PIC members. In order to provide a model for fracture analysis of flexural members, fracture toughness, fracture energy, critical crack width, and tension softening relations near crack tip are also formulated in terms of member depth, initial notch depth, and the flexural strength of normal concrete. The structural analysis procedure and the finite element computer program developed in the study are applicable to evaluate elastic behavior, ultimate strength, and tension softening behavior of MMA type PIC structural members subject to various loading conditions. The accuracy and effectiveness of the developed computer program is examined by comparing the anal ytical results with the experimental results. Therefore, it is concluded that the developed structural analysis procedure and the finite element computer program are applicable to analysis and design of in-situ and precast PIC structural members.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.11
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pp.683-692
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2020
A joint displacement resistance evaluation method for selecting waterproofing materials in railway bridge decks is proposed. The displacement range for an evaluation is determined by finite element method (FEM) analysis of a load case based on an existing high-speed PSC Girder Box railroad bridge structure. The FEM analysis results were used to calculate the minimum joint displacement range to be applied during testing (approximately 1.5 mm). For the evaluation, four commonly used waterproofing membrane types, cementitious slurry coating (CSC), polyurethane coating system (PCS), self-adhesive asphalt sheet (SAS), and composite asphalt sheet (CAS), were tested, with five specimens of each membrane type. The joint displacement width range conditions, including the minimum displacement range obtained from FEM analysis, were set to be the incrementing interval, from 1.5, 3.0, 4.5, and 6.0 mm. The proposal for the evaluation criteria and the specimen test results demonstrated how the evaluation method is important for the sustainability of high-speed railway bridges.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.3
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pp.275-282
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2014
Particle-reinforced metal matrix composites exhibit a strengthening effect due to the particle size-dependent length scale that arises from the strain gradient, and thus from the geometrically necessary dislocations between the particles and matrix that result from their CTE(Coefficient of Thermal Expansion) and elastic-plastic mismatches. In this study, the influence of the size-dependent length scale on the particle-matrix interface failure and ductile failure in the matrix was examined using finite-element punch zone modeling whereby an augmented strength was assigned around the particle. The failure behavior was observed by a parametric study, while varying the interface failure properties such as the interface strength and debonding energy with different particle sizes and volume fractions. It is shown that the two failure modes (interface failure and ductile failure in the matrix) interact with each other and are closely related to the particle size-dependent length scale; in other words, the composite with the smaller particles, which is surrounded by a denser dislocation than that with the larger particles, retards the initiation and growth of the interface and matrix failures, and also leads to a smaller amount of decrease in the flow stress during failure.
Isotope Dilution Mass Spectrometry(IDMS) is one of the analytical method which uses enriched isotope spikes and analyzes the abundance of element by comparison of the spectrum between spiked mass and non-spike mass. Especially, the Thermal Ion Mass Spectrometry with isotope dilution technique (in general ID-TIMS) is the most accurate method of the chemical analysis, which enables us to obtain the data better than 1% in accuracy and precision. In IDMS, enriched isotope spike is one of the most important factor in order to obtain the best data. For rare earth elements, in general, a mixture of /sup 138/La, /sup 142/Ce, /sup 145/Nd, /sup 149/Sm, /sup 151/Sm, /sup 151/Eu, /sup 157/Gd, /sup 163/Dy, /sup 167/Er, /sup 171/Yb, and /sup 176/Lu is used as composite spike. IDMS is very useful in geochronology and REE geochemistry. Especially, it is very effective in studying the “tetrad effect” of rare earth elements in natural samples.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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