Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.9
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pp.25-32
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2006
In this study, the characteristics of filament wound composite/aluminum ring specimens were investigated at cryogenic temperature. The ring specimens were manufactured using carbon fibre and Type B epoxy resin which had been developed for cryogenic use. As a result of measuring thermal strains at -150℃, it was found that compressive thermal stress was induced in composite part on the contrary, tensile thermal stress in aluminum part which was about 32% of yield stress and in turn, caused aluminum to be yielded at lower load level. In addition, Thermal strains which resulted from finite element analysis showed good agreement with those of the experiment. After 6 mechanical loading cycles had been applied to the ring specimen at -150℃, tensile tests were performed at -150℃ using a split disk fixture. As a result, it was shown that composite strength in a liner-composite tank structure which is for the use of cryogenic propellant tank would be decreased by auto-frettage pressure which is applied to it.
Tendon reinforced cemented soil is applied extensively in foundation stabilisation and improvement, especially in areas with soft clay. To solve the deterioration problem led by steel corrosion, the glass fiber-reinforced polymer (GFRP) tendon is introduced to substitute the traditional steel tendon. The interface bond strength between the cemented soil matrix and GFRP tendon demonstrates the outstanding mechanical property of this composite. However, the lack of research between the influence factors and bond strength hinders the application. To evaluate these factors, back propagation neural network (BPNN) is applied to predict the relationship between them and bond strength. Since adjusting BPNN parameters is time-consuming and laborious, the particle swarm optimisation (PSO) algorithm is proposed. This study evaluated the influence of water content, cement content, curing time, and slip distance on the bond performance of GFRP tendon-reinforced cemented soils (GTRCS). The results showed that the ultimate and residual bond strengths were both in positive proportion to cement content and negative to water content. The sample cured for 28 days with 30% water content and 50% cement content had the largest ultimate strength (3879.40 kPa). The PSO-BPNN model was tuned with 3 neurons in the input layer, 10 in the hidden layer, and 1 in the output layer. It showed outstanding performance on a large database comprising 405 testing results. Its higher correlation coefficient (0.908) and lower root-mean-square error (239.11 kPa) were obtained compared to multiple linear regression (MLR) and logistic regression (LR). In addition, a sensitivity analysis was applied to acquire the ranking of the input variables. The results illustrated that the cement content performed the strongest influence on bond strength, followed by the water content and slip displacement.
In this paper, parametric study was carried out to design sandwich structures for EDM machines controlling stacking sequence, stacking thickness of composites and rib configuration. Sandwich structures which are dealt with in this paper are composed of fibre reinforced composite for skin material and foam or resin concrete for core materials. The sandwich column has cruciform rib to enhance bending stiffness of the structure and the bed has several vertical ribs to resist the normal forces and vibration. The design parameters such as rib thickness and stacking sequence were controlled to enhance the system robustness. Finite element analysis was also carried out to verify the variation of static and dynamic stiffness of the structures according to the variation of the parameters. Vibration tests were performed to verify the natural frequencies and damping ratios of the manufactured composite structures. The appropriate shape and configuration conditions for micro-EDM machine structures are proposed.
Jinkun Sun;Rita Yi Man Li;Lindong Li;Chenxi Deng;Shuangshi Ma;Liyun Zeng
Advances in concrete construction
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v.15
no.5
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pp.333-348
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2023
Fast infrastructure development boosts the demand for shotcrete. Despite sand and stone being the most common coarse and fine aggregates for shotcrete, excessive exploration of these materials challenges the ecological environment. This study utilized an industrial solid waste, high-titanium heavy slag, blended with steel fibers to form Wet Shotcrete of Steel Fiber-reinforced High-Titanium Heavy Slag (WSSFHTHS). It investigated its workability, shotcrete performance and mechanical properties under different water-to-cement ratios, fly ash content, superplasticizer dosage, and steel fiber content. The tunnel excavation and support were investigated by conducting finite element numerical simulation analysis and was used in 3 tunnel lining pipes in Zhonggouwan tailing pond. The major findings are as follows: (1) The water-to-cement ratio (w/c ratio) significantly impacted the compressive strength of WSSFHTHS. The highest 28-day compressive strength of 60 MPa was achieved when the w/c ratio was 0.38; (2) Adding fly ash improved the workability and shotcrete performance and strength development of WSSFHTHS. The best anti-permeability performance was achieved when the fly ash constituted 15%, with the lowest permeability coefficient of 4.596 × 10-11 cm/s; (3) The optimum superplasticizer dosage for WSSFHTHS is 0.8%. It provided the best workability and shotcrete performance. Excessive dosage resulted in water bleeding and poor aggregate encapsulation, while insufficient dosage decreased flowability and adversely affected shotcrete performance; (4) The dosage of steel fibers significantly impacted the flexural and tensile strength of WSSFHTHS. When the steel fiber dosage was 45 kg/m3, the 28-day flexural and tensile strengths were 8.95 MPa and 6.15 MPa, respectively; (5) By integrating existing shotcrete techniques, the optimal lining thickness was 80 mm for WSSFHTHS per simulation. The results revealed that after using WSSFHTHS, the displacement of the tunnel surrounding the rock significantly improved, with no cracks or hollows, similar to the simulation results.
Current design methods for reinforced earth structures take no account of the magnitude of the strains induced in the tensile members as these are invariably manufactured from high modulus materials, such as steel, where straits are unlikely to be significant. With fabrics, however, large strains may frequently be induced and it is important to determine these to enable the stability of the structure to be assessed. In the present paper internal design method of analysis relating to the use of fabric reinforcements in reinforced earth structures for both stress and strain considerations is presented. For the internal stability analysis against rupture and pullout of the fabric reinforcements, a strain compatibility analysis procedure that considers the effects of reinforcement stiffness, relative movement between the soil and reinforcements, and compaction-induced stresses as studied by Ehrlich 8l Mitchell is used. I Bowever, the soil-reinforcement interaction is modeled by relating nonlinear elastic soil behavior to nonlinear response of the reinforcement. The soil constitutive model used is a modified vertsion of the hyperbolic soil model and compaction stress model proposed by Duncan et at., and iterative step-loading approach is used to take nonlinear soil behavior into consideration. The effects of seepage pressures are also dealt with in the proposed method of analy For purposes of assessing the strain behavior oi the fabric reinforcements, nonlinear model of hyperbolic form describing the load-extension relation of fabrics is employed. A procedure for specifying the strength characteristics of paraweb polyester fibre multicord, needle punched non-woven geotHxtile and knitted polyester geogrid is also described which may provide a more convenient procedure for incorporating the fablic properties into the prediction of fabric deformations. An attempt to define improvement in bond-linkage at the interconnecting nodes of the fabric reinforced earth stracture due to the confining stress is further made. The proposed method of analysis has been applied to estimate the maximum tensions, deformations and strains of the fabric reinforcements. The results are then compared with those of finite element analysis and experimental tests, and show in general good agreements indicating the effectiveness of the proposed method of analysis. Analytical parametric studies are also carried out to investigate the effects of relative soil-fabric reinforcement stiffness, locked-in stresses, compaction load and seepage pressures on the magnitude and variation of the fabric deformations.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.18
no.3
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pp.145-155
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2002
The results of the present feasibility study are summarized as follows, 1. The three unit bridge of knitted material and UD fibre reinforcement has both the rigidity and the strength against a vertical occlusal load of 75N. 2. Stress concentration at the junctional area between the bridge and the abutments, i.e. between the pontic and the knitted caps was observed. In the case of the bridge with reinforcement straps, it was partly shown that the concentration problem could be improved by simply increasing the fillet size at the area. Further refining in the surface of the junctional area will be needed to ensure a further improvement in the stress distribution. This will require some trade off in the level of the stress and the available space. A parametric study will help to decide the appropriate size of the fillet. 3. Design refinement is a must to improve the stress distribution and realize the most favourable shape in terms of fabrication. The current straight bar with a constant cross section area can be redesigned to a tapered shape. The curve from the dental arch should also be placed on the pontic design. In accordance with design refinement, the resistance of the bridge frame to other load cases should be evaluated. 4. Although not included in the present feasibility study, it is estimated that bridges of the anterior teeth can be made strong enough with the knitted material without further reinforcement using unidirectional materials. In this regard, a feasibility study on design concepts and stress analysis for 3, 4, 5 unit bridge is suggested. 5. Two types of bridge were analysed in terms of fatigue. The safe life design concept, i.e. fatigue design concept, looks reasonable for the bridge where if cracks should form and propagate there is virtually nothing a dentist to do. The bridge must be designed so that no crack will be initiated during the life span. In the case of crowns, however, if constructed with composite resin with knitted materials, it might be possible to repair them, which in general is impossible for crowns of PFM or of metal. Therefore for composite resin crowns, a damage tolerance design concept can be applied and reasonably higher operational stresses can be allowed. In this case, of course, a periodic inspection program should be established in parallel. 6. Parts of future works in terms of structural viewpoint which need to be addressed are summarized as the following: 1) To develop processing technology to accommodate design concepts; 2) More realistic modelling of the bridge and analysis-geometry and loading condition. Thickness variation in the knitted material, taper in the pontic, design for anterior tooth bridge, the effect of combined loads, etc, will need to be included; 3) To develop appropriate design concepts and design goals for the fibre composite FPD aiming at taking the best advantage of knitted materials, including the damage tolerance design concept; 4) To develop testing method and perform test such as static ultimate load test, fatigue test, repair test, etc, as necessary.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.5
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pp.511-520
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2007
There is a concern with worldwide deterioration of highway bridges, particularly reinforced concrete. The advantages of fibre reinforced plastic(FRP) composites over conventional materials motivate their use in highway bridges for replacement of structures. Recently, an FRP deck has been installed on a state highway, located in New York State, as an experimental project. In this paper, a systematic approach for analysis of this FRP deck bridge is presented. Multi-step linear numerical analyses have been performed using the finite element method to study the structural behavior and the possible failure mechanism of the FRP deck-superstructure system. Deck's self-weight and ply orientations at the interface between steel girders and FRP deck are considered in this study. From this research, the results of the numerical analyses were corroborated with field test results. Analytical results reveal several potential failure mechanism for the FRP deck and truss bridge system. The results presented in this study may be used to propose engineering design guideline for new and replacement FRP bridge deck structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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