This paper handles the repairing of deficient square Concrete-Filled Steel-Tube (CFST) beams subject to bending through an experimental and numerical program. Eight square-CFST beams were tested. A 5-mm artificial notch was induced at mid-span of seven beams, four of them were repaired by using CFRP sheets and two were repaired by using GFRP sheets. The beam deflection, strain and ultimate moments were recorded. It was found that providing different cut-off points for the different layers of FRP sheets prohibited failure at termination points due to stress concentrations. Using different lengths of FRP sheets around the notch retarded crack propagation and prevented FRP rupture at the crack position. Finite element analysis was then conducted and the proposed FE model was verified against the recorded experimental data. The influence of various parameters as FRP sheet length, tensile modulus and the number of layers were studied. The moment capacity of damaged square-CFST beams was improved up to 77.6% when repaired by using four layers of CFRP, however, this caused a dramatic decrease in beam deflection. U-wrapping of notched-CFST beam with 0.75 of its length provided a comparable behaviour as wrapping the full length of the beam.
Fiber-reinforced composite materials with carbon, glass, and aramid fibers are widely applied to industrial field structures due to their excellent properties. However, carbon fibers are vulnerable to external impacts, whereas aramid fibers degrade when exposed to water. This study evaluated carbon/aramid fiber composites degraded and damaged by high-temperature saline environments using acoustic emission (AE). The test specimen was molded using an autoclave and immersed in seawater at 70 ℃ for 224 days. In order to imitate the damage, a 3-mm-diameter hole was drilled using a diamond drill. Additionally, the specimen with the perforation was repaired by patch attachment processing. Three-point bending was used to conduct the flexural experiment, and an AE sensor with a 150-kHz resonance frequency was attached to evaluate the damage and the effect of patch attachment. AE accumulative counts obtained at the maximum load were 69.2, 67.1, and 91.2 for a high-temperature seawater deteriorated condition, a hole specimen, and a repaired patch specimen, respectively. Furthermore, the maximum amplitude of AE was detected at low values of 28 dB, 31.3 dB, and 30.3 dB.
Adhesive bonding has seen rapid development in recent years, with emphasis to composite patch repairing processes of geometric defects in aeronautical structures. However, its use is still limited given its low resistance to climatic conditions and requirement of specialized labor to avoid fabrication induced defects, such as air bubbles, cracks, and cavities. This work aims to numerically analyze, by the finite element method, the failure behavior of a damaged plate, in the form of a bonding defect, and repaired by an adhesively bonded composite patch. The position and size of the defect were studied. The results of the numerical analysis clearly showed that the position of the defect in the adhesive layer has a large effect on the value of J-Integral. The reduction in the value of J-Integral is also related to the composite stacking sequence which, according to the mechanical properties of the ply, provides better load transfer from the plate to the repair piece through the adhesive. In addition, the increase in the applied load significantly affects the value of the J-Integral at the crack tip in the presence of a bonding defect, even for small dimensions, by reducing the load transfer.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.9
s.180
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pp.2246-2251
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2000
Adhesive bonding repair methods has been used for a number of decades for construction of damaged structures. In order to evaluate the life of cracked aging aircraft structures, the repair technique which uses adhesively bonded boron/epoxy composite patches is being widely considered as a cost-effective and reliable method. But, this repair method contains many shortcomings. One of these shortcomings, debonding is major issue. When the adhesive shear stress increases, debonding is caused at the end of patch and plate interface. And this debonding is another defect except cracks propagation. In this paper, we assess safety at the cracked AI-plate repaired by Br/Epoxy composite patch. Firstly, from the view of fracture mechanics, reduction of stress intensity factors is determined by the variety of patch feature. Secondly, using the elastic analysis and finite element analysis, the distribution of adhesive shear stresses is acquired. Finally, The problem of how to optimize the geometric configurations of the patch has been discussed.
Kim Jang-Ho Jay;Jun Kyung-Suk;Bae Byung-Won;Lim YunMok
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.577-580
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2004
Recently, DFRCCs (Ductile Fiber Reinforced Cementitious Composites), materials with remarkable ductility when compared to ordinary fiber-reinforced concrete (FRC), have been developed and studied actively in the US, Japan, and many European countries. The transformation of failure behavior from brittle to ductile is achieved by incorporating with fracture mechanics concept especially micro-mechanical models approach of cementitious composite materials in manufacturing ordinary fiber-reinforced composites. The purpose of this study is to accurately understand the shear behavior of DFRCC repaired RC beams. Using a four-point bending test, the shear strengths and shear stress-deflection relations of DFRCC repaired RC specimens are obtained. The results show that DFRCC can be effectively used for repairing materials for concrete structures.
Stress intensity factors are numerically investigated for interfacial edge crack between two dissimilar composite plates jointed with single side composite patch. Variation of stress intensity factor under Mode I loading condition is examined for different material models and fiber orientation angles of composite plates and patch. ANSYS 12.1 finite element analysis software is used to obtain displacements of crack surfaces in the numerical solution and repaired plates are modeled in three dimensions. Obtained results are presented in the form of graphs. It is found that fiber orientation angle of composites is an effective parameter on interfacial stress intensity factor.
Finite element analysis for the stress intensity factor (SIF) at the skin/stiffener structure with inclined central crack repaired by composite stiffened panels is developed. A numerical investigation was conducted to characterize the fracture behavior and crack growth behavior at the inclined crack. In order to investigate the crack growth direction, maximum tangential stress (MTS) criterion are used. Also, this paper is to study the performance of the effective bonded composite patch repair of a plate containing an inclined central through-crack. The main objective of this research is the validation of the inclined crack patching design. In this paper, the reduction of stress intensity factors at the crack-tip and prediction of crack growth direction are determined to evaluate the effects of various non-dimensional design parameter including; composite patch thickness and stiffener distance. We report the results of finite element analysis on the stiffener locations and crack slant angles and discuss them in this paper. The research on cracked structure subjected to mixed mode loading is accomplished and concludes that more work using a different approaches is necessary. The authors hope the present study will aid those who are responsible for the repair of damaged aircraft structures and also provide general repair guidelines.
Bridges, offshore oil platforms and other infrastructures usually require at some point in their service life rehabilitation for reasons such as aging and corrosion. This study explores the application of adhesively bonded CFRP patches in repair of corroded circular hollow sectional (CHS) steel beams. An experimental program involving three-point bending tests was conducted on intact, corroded, and repaired CHS beams. Meso-scale finite element (FE) models of the tested beams were developed and validated by the experimental results. A parametric study using the validated FE models was performed to examine the effects of different CFRP patch parameters, including patch dimensions, number of plies and stacking sequence, on efficiency of the repair system. Results indicates that the corrosion reduced elastic stiffness and flexural strength of the undamaged beam by 8.9 and 15.1%, respectively, and composite repair recovered 10.7 and 18.9% of those, respectively, compared to undamaged beam. These findings demonstrated the ability of CFRP patch repair to restore full bending capacity of the corroded CHS steel beam. The parametric study revealed that strength and stiffness of the repaired CHS beam can be enhanced by changing the fiber orientations of wet composite patch without increasing the quantity of repair materials.
The aluminum alloy 6061-T6 has been successfully used in structural applications especially the pressure vessel of the Advanced Neutron Source research reactor. And aluminum alloys, including 6061-T6, have a face-centered-cubic crystals structure. Under normal circumstances face-centered-cubic crystal structures do not exhibit cleavage fractures even at very lo9w temperatures. In aluminum-based structures, plates frequently find use as connecting links. Mechanical fasteners are often utilized in instances where ease of application, familiarity with fabrication processes, and severe dynamic loading are of concern. Plates frequently find use as connecting elements in structures built from aluminum alloys. Many structural elements employ mechanical fasteners. Twenty and twenty aluminum alloy 6061-T6 plates, representing four different bolt patterns, were mechanically deformed. And variable materials such as A1 6061-T6, Al 2024-T3, Carbon/Epoxy, Glass/Epoxy Composite and Woven fiber composite, are used as patch materials. From this experiment, it has been shown that the strength of patch-repaired specimens is different with the patch materials.
Akram, Ali;Mustaffa, Zahiraniza;Albarody, Thar M. Badri
Steel and Composite Structures
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v.35
no.2
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pp.171-186
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2020
This paper aims at providing insights on the use of thermosetting liner for the repair of offshore pipelines exposed to corrosion and leakage. The work which covers both experimental and numerical approaches were aspired due to the high cost of repair for pipelines, limitations of thermoplastic material and limited study of reinforced thermosetting liner. The experiment involves a destruction test called the burst test, carried out on an API 5L X42 carbon steel pipe under four case studies, namely (i) intact pipe, (ii) pipe with corrosion defect, (iii) pipe with corrosion defect and repaired with thermosetting liner and (iv) pipe with leakage and repaired with thermosetting liner. The numerical simulation was developed to first validate the experimental results and later to optimize the design of the thermosetting liner in terms of the number of layers required to restore the original strength of the pipe. The burst test shows an improvement in 23% of the burst capacity for the pipe with corrosion defects, after being repaired with a three-layer thermosetting liner. The parametric studies conducted showed that with an addition of thermosetting layers, the burst capacity improves by an average of 1.85 MPa. In conclusions, the improvement in strength can be further increased with increasing thickness of the thermosetting liner. The thermosetting liner was also determined to fail first inside the host pipe.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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