This paper presents an analytical procedure for the analysis of high strength steel fiber reinforced concrete members considering the cracking effect in the serviceability loading range. Modifications to a previously proposed formula for the effective moment of inertia are presented. Shear deformation effect is also taken into account in the analysis, and the variation of shear stiffness in the cracked regions of members has been considered by reduced shear stiffness model. The effect of steel fibers on the behavior of reinforced concrete members have been investigated by the developed computer program based on the aforementioned procedure. The inclusion of steel fibers into high strength concrete beams and columns enhances the effective moment of inertia and consequently reduces the deflection reinforced concrete members. The contribution of the shear deformation to the total vertical deflection of the beams is found to be lower for beams with fibers than that of beams with no fibers. Verification of the proposed procedure has been confirmed from series of reinforced concrete beam and column tests available in the literature. The analytical procedure can provide an accurate and efficient prediction of deflections of high strength steel fiber reinforced concrete members due to cracking under service loads. This procedure also forms the basis for the three dimensional analysis of frames with steel fiber reinforced concrete members.
The complexity of macro-fiber composite (MFC) materials increasing the difficulty in simulation and analysis of MFC integrated structures. To give an accurate prediction of MFC bonded smart structures for the simulation of shape and vibration control, the paper develops a linear electro-mechanically coupled static and dynamic finite element (FE) models based on the first-order shear deformation (FOSD) hypothesis. Two different types of MFCs are modeled and analyzed, namely MFC-d31 and MFC-d33, in which the former one is dominated by the $d_{31}$ effect, while the latter one by the $d_{33}$ effect. The present model is first applied to an MFC-d33 bonded composite plate, and then is used to analyze both active shape and vibration control for MFC-d31/-d33 bonded plate with various piezoelectric fiber orientations.
In this present work, the effect of additional heat-treatment (AHT) in the range from $1800^{\circ}C$ to $2400^{\circ}C$ on the chemical composition, morphology, microstructure, tensile properties, electrical resistivity, and thermal stability of commercial polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers was explored by means of elemental analysis, electron microscopy, X-ray diffraction analysis, single fiber tensile testing, two-probe electrical resistivity testing, and thermogravimetric analysis (TGA). The characterization results were in agreement with each other. The results clearly demonstrated that AHTs up to $2400^{\circ}C$ played a significant role in further contributing not only to the enhancement of carbon content, fiber morphology, and tensile modulus, but also to the reduction of fiber diameter, inter-graphene layer distance, and electrical resistivity of "as-received" carbon fibers without AHT. The present study suggests that key properties of commercial PAN-based carbon fibers of an intermediate grade can be further improved by proprietarily adding heat-treatment without applying tension in a batch process.
Journal of the Korean Society of Clothing and Textiles
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v.26
no.2
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pp.355-363
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2002
The purpose of this study was to investigate how the weave type, yarn twist fabric count and fiber content of the worsted fabrics affect the subjective sensation of the hand. Thirty worsted fabrics that were mainly used for the spring and fall ladies'suits at national brands were selected. Variables were such as four different kinds of weave types, plain, twill, satin and decorative; two levels of yarn twist, normal and high; various fabric counts; two different fiber contents, pure wool and Lycra contained. Image analysis and wavelet transform techniques were used to quantify the surface fiber, For surface characteristics, MIU, MMD and SMD were measured by KES-FB system. The Questionnaires with 23 adjectives were used for the subjective hand evaluation. Panels were So specialists of fashion or fabric designers and merchandizers. By Factor Analysis, six factors that represent the subjective hand were extracted. The relationship between these factors and structural variables were analyzed. Yarn twist was significantly related to the surface characteristics and resilience. Weave structure affected surface characteristics, volume/warm-cool feeling and resilience. Fabric counts showed relations with volume/warm-cool feeling and the fiber contents with volume/warm-cool feeling, resilience and elastic properties. MIU, MMD and SMD showed no relations with the surface fibers. Subjective sensation of surface characteristics was affected by SMD and surface fibers.
Journal of Korea Technical Association of The Pulp and Paper Industry
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v.31
no.1
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pp.61-71
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1999
The study aimed at the theoretical analysis of vapor sorption properties of, pp.rmaking fibers. Water vapor affinity and sorption thermodynamic properties of fiber constituents were evaluated based on Henry's law and Hildebrand's solubility theory. Theoretical equilibrium moisture content(ThEMC) on fiber surface was estimated using functional group contribution. Crystallinity of cellulose in fiber significantly controlled the water vapor solubility. Comparisons of the measured equilibrium moisture content data and the estimated ThEMC data coincidently suggested the fact that crystallinity of cellulose in fibers was around 60% to 70%. Carbohydrates constituents including amorphous cellulose and hemicellulose in fibers showed higher vapor solubility than lignin molecules. High correlation existed between ThEMC and vapor solubility as well as between ThEMC and solubility parameter. In the thermodynamic analysis on water-vapor sorption process in fibers, the sorption enthalpy increased as RH increased, whereas sorption entropy and free energy decreased with increasing RH.
The addition of steel fibers in concrete mixture is recognized as a non-conventional mass reinforcement scheme that improves the torsional, flexural, and shear behavior of structural members. However, the analysis of fiber reinforced concrete beams under combined torsion, bending, and shear is limited because of the complicated nature of the problem. Therefore, nonlinear 3D finite element analysis was conducted using the "ANSYS CivilFEM" program to investigate the behavior of fiber reinforced concrete L-beams. These beams were tested at different reinforcement schemes and loading conditions. The reinforcement case parameters were set as follows: reinforced with longitudinal reinforcement only and reinforced with steel bars and stirrups. All beams were tested under two different combined loading conditions, namely, torsion-to-shear ratio (T/V) = 545 mm (high eccentricity) and T/V = 145 mm (low eccentricity). Eight intermediate L-beams were constructed and tested in a laboratory under combined torsion, bending, and shear to validate the finite element model. Comparisons with the experimental data reveal that the program can accurately predict the behavior of L-beams under different reinforcement cases and combined loading ratios. The ANSYS model accurately predicted the loads and deformations for various types of reinforcements in L-beams and captured the concrete strains of these beams.
The present study focuses on the performance of basalt fiber reinforced concrete (BFRC) lining in tunnel situated in sandstone rock when subjected to internal blast loading. The blast analysis of the lined tunnel is carried out using the three-dimensional (3-D) nonlinear finite element (FE) method. The stress-strain response of the sandstone rock is simulated using a crushable plasticity model which can simulate the brittle behavior of rock and that of BFRC lining is analyzed using a damaged plasticity model for concrete capturing damage response. The strain rate dependent material properties of BFRC are collected from the literature and that of rock are taken from the authors' previous work using split Hopkinson pressure bar (SHPB). The constitutive model performance is validated through the FE simulation of SHPB test and the comparison of simulation results with the experimental data. Further, blast loading in the tunnel is simulated for 10 kg and 50 kg Trinitrotoluene (TNT) charge weights using the equivalent pressure-time curves obtained through hydrocode simulations. The analysis results are studied for the stress and displacement response of rock and tunnel lining. Blast performance of BFRC lining is compared with that of plain concrete (PC) and steel fiber reinforced concrete (SFRC) lining materials. It is observed that the BFRC lining exhibits almost 65% lesser displacement as compared to PC and 30% lesser displacement as compared to SFRC tunnel linings.
Yin, Xiao Lei;Wang, Ning;Yu, Xiao Dan;Li, Yu Hao;Zhang, Bo;Li, Dai Lin
Current Optics and Photonics
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v.5
no.6
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pp.652-659
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2021
The theoretical analysis and optimization of extrinsic Fabry-Perot interferometer (EFPI) opticalfiber humidity sensors are deeply investigated. For a typical dual-cavity structure composed of an optical fiber and a humidity-sensitive membrane (HSM), the changes in refractive index (RI) and initial length are discussed for polymer materials and porous oxide materials when relative humidity (RH) increases. The typical interference spectrum is simulated at different RH using MATLAB. The spectral change caused by changing HSM RI and initial length are simulated simutineously, showing different influences on humidity response. To deeply investigate the influence on RH sensitivity, the typical response sensitivity curves for different HSM lengths and air-cavity lengths are simulated. The results show that the HSM is the vital factor. Short HSM length can improve the sensitivity, but for HSM RI and length the influences on sensitivity are opposite, because of the opposite spectral-shift trend. Deep discussion and an optimization method are provided to solve this problem. According to analysis, an opaque HSM is helpful to improve sensitivity. Furthermore, if using an opaque HSM, a short air cavity and long HSM length can improve the sensor's sensitivity These results provide deep understanding and some ideas for designing and optimizing highly sensitive EFPI fiber humidity sensors.
In this study, the effect on flame retardancy and various physical properties when TiO2 was added with a citric acid/phosphate complex acid catalyst together with Pyrovatex CP new (N-methylol dimethylphosphonopropionamide), a phosphorus-based flame retardant, was studied on cotton fibers. SEM-EDS analysis was performed to confirm the surface characteristics and surface element analysis of the flame-retardant treated cotton fibers, and a vertical carbonization test was performed to confirm the char formation capability and flame retardancy according to the phosphoric acid ratio. By comparing the LOI index before and after washing 10 times, the washing durability of the flame retardant solution containing the phosphoric acid catalyst and TiO2 was tested by LOI index after ten washing cycles. In addition, the influence of the flame-retardant processing on the physical properties were compared including thermogravimetric analysis (TGA), tear strength and whiteness.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.4A
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pp.577-585
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2006
In this research, nonlinear Timoshenko beam element that is able to capture nonlinear shear deformation is developed. The proposed model shows more reasonable prediction than Bernoulli beam theory in short columns or strong shear column due to the consideration of shear deformation. The cross-section is modeled as fiber approach. Since the model is based on the fiber approach for section discretization, the plastic progress of the section can be traced and the coupling effect of the axial and flexural response. The developed element is implemented into the finite element program to analysis general reinforced concrete structures. As parametric study, reinforced concrete columns are analyzed and compared with experimental results, analyzed the property of behavior for reinforced concrete columns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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