A simplistic approach towards evaluation of complete load deflection response of Reinforced Concrete (RC) flexural members under post fire (residual) scenario is presented in this paper. The cross-section of the RC flexural member is divided into a number of sectors. Thermal analysis is performed to determine the temperature distribution across the section, for given fire duration. Temperature-dependent stress-strain curves for concrete and steel are then utilized to perform a moment-curvature analysis. The moment-curvature relationships are obtained for beams exposed to different fire durations. These are then utilized to obtain the load-deflection plots following pushover analysis. Moreover one of the important issues of modeling the initial stiffness giving due consideration to stiffness degradation due to material degradation and thermal cracking has also been addressed in a rational manner. The approach is straightforward and can be easily programmed in spreadsheets. The presented approach has been validated against the experiments, available in literature, on RC beam subjected to different fire durations viz. 1hr, 1.5hrs and 2hrs. Complete load-deflection curves have been obtained and compared with experimentally reported counterparts. The results also show a good match with the results obtained using more complicated approaches such as those involving Finite element (FE) modeling and conducting a transient thermal stress analysis. Further evaluation of the beams during fire (at elevated temperatures) was performed and a comparison of the mechanical behavior of RC beams under post fire and during fire scenarios is made. Detailed formulations, assumptions and step by step approach are reported in the paper. Due to the simplicity and ease of implementation, this approach can be used for evaluation of global performance of fire affected structures.
Nanocomposite films were prepared by blending poly(amic acid)(PAA), poly(o-hydroxyamide)( PHA) and organically modified montmorillonite (OMMT) that has a layered structure. XRD, SEM and TEM were used to study the morphology of PAA/PHA nanocomposites, and DMA, TGA, UTM, LOI and PCFC techniques were used to characterize the mechanical and thermal properties, and flame retardancy of the nanocomposites. TEM images revealed that OMMT layers were well dispersed in the PAA/PHA matrix and showed exfoliation and intercalation behavior. The addition of 3 wt% OMMT to the PAA/PHA blend increased the initial modulus of PAA/ PHA blend to 3.68 GPa that was ca. 48% higher than that of the control PAA/PHA blend. Above 4 wt%, however, both the initial modulus and the tensile strength were found to decrease, which might be due to the aggregation of OMMT in PAA/PHA matrix. When the OMMT content was below 3 wt%, the thermal stability and flame retardancy of the PAA/PHA nanocomposites increased with increasing OMMT content.
We investigate the effects of Yb2O3 and calcium aluminosilicate (CAS) glass as sintering additives on the sintering behavior of AlN. The AlN specimens are sintered at temperatures between 1700℃ and 1900℃ for 2 h in a nitrogen atmosphere. When the Yb2O3 content is low (within 3 wt.%), an isolated shape of secondary phase is observed at the AlN grain boundary. In contrast, when 3 wt.% Yb2O3 and 1 wt.% CAS glass are added, a continuous secondary phase is formed at the AlN grain boundary. The thermal conductivity decreases when the CAS glass is added, but the sintering density does not decrease. In particular, when 10 wt.% Yb2O3 and 1 wt.% CAS glass are added to AlN, the flexural strength is the highest, at 463 MPa. These results are considered to be influenced by changes in the microstructure of the secondary phase of AlN.
The friction behaviors of bulk amorphous thermal spray coating (BAC) and second phase-reinforced composite coatings using a high velocity oxy-fuel spraying process were investigated using a ball-on-disk test rig that slides against a ceramic ball in an atmospheric environment. The surface temperatures were measured using an infrared thermometer installed 50 mm from the contact surface. The crystallinities of the coating layers were determined using X-ray diffraction. The morphologies of the coating layers and worn surfaces were observed using a scanning electron microscope and energy-dispersive spectroscopy. The results show that the friction behavior of the monolithic amorphous coating was sensitive to the testing conditions. Under lower than normal loads, a low and stable friction coefficient of about 0.1 was observed, whereas under a higher relative load, a high and unstable friction coefficient of greater than 0.3 was obtained with an instant temperature increase. For the composite coatings, a sudden increase in friction coefficient did not occur, i.e., the transition region did not exist and during the friction test, a gradual increase occurred only after a significant delay. The BAC morphology observations indicate that viscous plastic flow was generated with low loads, but severe surface damage (i.e., tearing) occurred at high loads. For composite coatings, a relatively smooth surface was observed on the worn surface for all applied loads.
Ahmed, Alim Al Ayub;Kharnoob, Majid M.;Akhmadeev, Ravil;Sevbitov, Andrei;Jalil, Abduladheem Turki;Kadhim, Mustafa M.;Hansh, Zahra J.;Mustafa, Yasser Fakri;Akhmadullina, Irina
Structural Engineering and Mechanics
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v.83
no.4
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pp.551-561
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2022
In this paper, the effect of fire conditions according to ISO 834 standard on the behavior of carbon fibre-reinforced plastic (CFRP) reinforced steel beams coated with gypsum-based mortar has been investigated numerically. To study the efficiency of these beams, 3D coupled temperature-displacement finite element analyzes have been conducted. Mechanical and thermal characteristics of three different parts of composite beams, i.e., steel, CFRP plate, and fireproof coating, were considered as a function of temperature. The interaction between steel and CFRP plate has been simulated employing the adhesion model. The effect of temperature, CFRP plate reinforcement, and the fireproof coating thickness on the deformation of the beams have been analyzed. The results showed that within the first 120 min of fire exposure, increasing the thickness of the fireproof coating from 1 mm to 10 mm reduced the maximum temperature of the outer surface of the steel beam from 380℃ to 270℃. This increase in the thickness of the fireproof layer decreased the rate of growth in the temperature of the steel beam by approximately 30%. Besides excellent thermal resistance and gypsum-based mortar, the studied fireproof coating method could provide better fire resistance for steel structures and thus can be applied to building materials.
To increase the reliability of auto-ignition in CAI engines, the thermodynamic properties of intake flow is often controlled using recycled exhaust gases, called internal EGR. Because of the internal EGR influence on the overall thermodynamic properties and mixing quality of the gases that affect the subsequent combustion behavior, optimizing the intake and exhaust valve timing for the EGR is important to achieve the reliable auto-ignition and high thermal efficiency. In the present study, fully 3D numerical simulations were carried out to predict the mixing characteristics and flow field inside the cylinder as a function of valve timing. The 3D unsteady Eulerian-Lagrangian two-phase model was used to account for the interaction between the intake air and remaining internal EGR during the under-lap operation while varying three major parameters: the intake valve(IV) and exhaust valve(EV) timings and intake valve lift(IVL). Computational results showed that the largest EVC retardation, as in A6, yielded the optimal mixing of both EGR and fuel. The IV timing had little effect on the mixing quality. However, the IV timing variation caused backflow from the cylinder to the intake port. With respect to reduction of heat loss due to backflow, the case in B6 was considered to present the optimal operating condition. With the variation of the intake valve lift, the A1 case yielded the minimum amount of backflow. The best mixing was delivered when the lift height was at a minimum of 2 mm.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.58
no.4
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pp.206-213
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2021
Recently, although the size of the LNG Cargo Containment System (CCS) has been increasing, the secondary barrier is reported to remain unchanged, and the conventional Flexible Secondary Barrier (FSB) used in Mark-III type has been pointed out to be vulnerable to failure owing to thermal and cyclic loads. In this respect, a tensile test was carried out to verify the reinforcing effect of FSB using aramid fiber on weft compared to the conventional FSB. In order to consider the LNG leakage situation, a series of tensile tests were conducted from ambient to cryogenic temperature, and mechanical properties were evaluated for each fiber direction on account of anisotropy. Tensile behavior and fracture analyses were performed to confirm the mechanical properties of each material according to temperature. Tensile test results proved that replacing the aramid fiber instead of E-glass fiber used on weft is effective in enhancing the mechanical properties.
This research investigates the effects of shrinkage reducing agent (SRA) on the mechanical behavior of strain-hardening cement composite (SHCC). SHCC material with specified compressive strength of 50 MPa was mixed and tested in this study. All SHCC mixes reinforced with volume fraction of 2.2% polyvinyl alcohol (PVA) fiber and test variables are type and dosage of shrinkage reducing agents. The shrinkage reducing materials used in this study are phase change material as the thermal stress reducing materials that have the ability to absorb or release the heat. The effect of SRA was examined based on the change in length caused by shrinkage and hardened mechanical properties, specially compressive, tensile and flexural behaviors, of SHCC material. It was noted that SRA reduces change in length caused by shrinkage at early age. SRA can also improve the tensile and flexural strengths and toughness of SHCC material used in this study.
Kim, Min-Jong;Gwon, Jin-Han;Cho, Kyu-Sang;Lee, Kee-Ahn
Korean Journal of Materials Research
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v.24
no.9
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pp.481-487
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2014
The effect of alpha phase on the fatigue properties of Fe-29%Ni-17%Co low thermal expansion alloy was investigated. Two kinds of alloys (Base alloy and Alpha alloy) were prepared by controlling the minimal alloy composition. Microstructure observation, tensile, high-cycle fatigue, and low-cycle fatigue results were measured in this study. The Base alloy microstructure showed typical austenite ${\gamma}$ phase. Alpha alloy represented the dispersed phase in the austenite ${\gamma}$ matrix. As a result of tensile testing, Alpha alloy was found to have higher strengths (Y.S. & T.S.) and lower elongation compared to those of the Base alloy. High cycle fatigue results showed that Alpha alloy had a higher fatigue limit (360MPa) than that (330MPa) of the Base alloy. The Alpha alloy exhibited the superior high cycle fatigue property in all of the fatigue stress conditions. SEM fractography results showed that the alpha phase could act to effectively retard both fatigue crack initiation and crack propagation. In the case of low-cycle fatigue, the Base alloy had longer fatigue life in the high plastic strain amplitude region and the Alpha alloy showed better fatigue property only in the low plastic strain amplitude region. The fatigue deformation behavior of the Fe-29%Ni-17%Co alloy was also discussed as related with its microstructure.
PURPOSES : An conventional method for electric power generation is converting thermal energy into mechanical energy then to electrical energy. Due to environmental issues such as global warming related with $CO_2$ emission etc., were the limiting factor for the energy resources which resulting in extensive research and novel technologies are required to generate electric power. Thermal energy harvesting using thermoelectric generator is one of energy harvesting technologies due to diverse advantages for new green technology. This paper presents a possibility of application of the thermoelectric generator's application in the direct exchange of waste solar energy into electrical power in road space. METHODS : To measure generated electric power of the thermoelectric generator, data logger was adopted as function of experimental factors such as using cooling sink, connection methods etc. Also, the thermoelectric generator、s behavior at low ambient temperature was investigated as measurement of output voltage vs. elapsed times. RESULTS : A few temperature difference between top an bottom of the thermoelectric generator is generated electric voltage. Components of an electrical circuit can be connected in various ways. The two simplest of these are called series and parallel and occur so open. Series shows slightly better performance in this study. An installation of cooling sink in the thermoelectric generator system was enhanced the output of power voltage. CONCLUSIONS : In this paper, a basic concepts of thermoelectric power generation is presented and applications of the thermoelectric generator to waste solar energy in road is estimated for green energy harvesting technology. The possibility of usage of thermoelectric technology for road facilities was found under the ambient thermal gradient between two surfaces of the thermoelectric module. An experiment results provide a testimony of the feasibility of the proposed environmental energy harvesting technology on the road facilities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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