Biodegradable polyurethane (PU)/clay nanocomposite films were prepared via extrusion compounding process followed by casting film process. Organically modified montmorillonite (denoted as C30B) with a large amount of hydroxyl groups on its surface was used for the formation of strong bonding with PU resin. From both XRD analysis and TEM observations, the intercalated and exfoliated structure, and dispersion state of silicate platelets in the compounded nanocomposite films were confirmed. In addition, the rheological and tensile properties, optical transparency, oxygen permeability of the prepared nanocomposites were investigated as a function of added nanoclay content, and moreover based on these results, the corelation between the morphology and the resulting properties of the nanocomposites could be presented. The inclusion of nanoclays at appropriate content resulted in remarkable improvement in the nanocomposite performance including tensile modulus, elongation, transparency, and oxygen barrier property, however at excess amount of nanoclays, reduction or very slight increase was observed due to poor dispersion. The biodegradability of the prepared nanocomposite film was evaluated by examining the deterioration in the barrier and tensile properties during degradation period under compost.
Peri-acetabular bone ingrowth plays a crucial role in long-term stability of press-fit acetabular cups. A poor bone ingrowth often results in increased cup migration, leading to aseptic loosening of the implant. The rate of peri-prosthetic bone formation is also affected by the polar gap that may be introduced during implantation. Applying a mechano-regulatory tissue differentiation algorithm on a two-dimensional plane strain microscale model, representing implant-bone interface, the objectives of the study are to gain an insight into the process of peri-prosthetic tissue differentiation and to investigate its relationship with implant-bone relative displacement and size of the polar gap. Implant-bone relative displacement was found to have a considerable influence on bone healing and peri-acetabular bone ingrowth. An increase in implant-bone relative displacement from $20{\mu}m$ to $100{\mu}m$ resulted in an increase in fibrous tissue formation from 22% to 60% and reduction in bone formation from 70% to 38% within the polar gap. The increase in fibrous tissue formation and subsequent decrease in bone formation leads to weakening of the implant-bone interface strength. In comparison, the effect of polar gap on bone healing and peri-acetabular bone ingrowth was less pronounced. Polar gap up to 5 mm was found to be progressively filled with bone under favourable implant-bone relative displacements of $20{\mu}m$ along tangential and $20{\mu}m$ along normal directions. However, the average Young's modulus of the newly formed tissue layer reduced from 2200 MPa to 1200 MPa with an increase in polar gap from 0.5 mm to 5 mm, suggesting the formation of a low strength tissue for increased polar gap. Based on this study, it may be concluded that a polar gap less than 0.5 mm seems favourable for an increase in strength of the implant-bone interface.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.3
no.2
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pp.129-134
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2003
In this research, we used fly-ash and blast-furnace slag as substitute material of cement and fine aggregate, and we, through experiments, researched and analyzed the features of high-flowable concrete added high efficiency AE water reduction agent. The results are below. 1. Liquefaction generally presented high-slump flow value; on the other hand, partial segregation was observed in case of mixing proportion with 65 cm slump flow and above. This segregation was partially improved in accordance with mixing admixture. 2. Compressive strength according to mixing admixture and increasing mixing ratio of fly-ash were subject to be declined when it was initially cast-in, but its gap was improved when time was fully passed. 3. After mixing blast-furnace slag and fly-ash as substitute material, the result showed that the modulus of elasticity against freezing & melting was improved according to mixing blast-furnace slag and also increased in accordance with increasing pulverulent-body volume. 4. According to increasing the mixing volume of fly-ash, the durability factor was deteriorated because compressive strength became lower as well as air content was decreased when it was initially case-in. 5. The minimum air content to secure durability was 3.7%, for that reason, we had better secure admixture such as air entraining agent when cast-in high-flowable concrete.
Kim, Jihwan;Hong, Jinyoung;Kim, Rrulri;Woo, Ukyong;Choi, Hajin
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.3
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pp.70-79
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2020
The main objective of this research to develop an IoT based wireless contactless ultrasonic system (ICUS) and its application to concrete structure. The developed system consists of 16 mems, 2Mhz digitizer, amplifying circuit, FPGA, and wifi module, enabling to measure leaky surface waves from concrete specimens without physical coupling process and wires. Multi-channel analysis is performed to improve the accuracy of data analysis, and the velocity of leaky surface waves and acoustics are derived. Field inspection of railroad concrete sleepers is conducted to evaluate the performance of the system and to compare the results with conventional ultrasonic pulse velocity (UPV). As a result of the field inspection, UPV was limited to evaluate damages. This is because crack pattern of railroad sleepers is parallel to ultrasonic ray path and accessibility of the railroad at the field is disadvantageous to contact-based UPV. On the other hand, ICUS possibly detect the damages as reduction of dynamic modulus by up to 59% compared to non-damaged specimen.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.14
no.2
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pp.170-176
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2014
This study examined the effect of chemical attack on the stress-strain relationship of alkali-activated Hwangtoh concrete. Water-to-binder ratio and air content were selected as mixture parameters. The stress-strain relationship of concrete was measured at chemical immersion times of 0, 7, 28, 56, and 91 days from an age of 28 days. Based on the test results, the reduction in compressive strength of alkali-activated hwangtoh concrete owing to chemical attack was formulated. In sddition the present study demonstrated that the stress-strain behavior of concrete under chemical attack is significantly dependent on the air content and chemical immersion time, indicating the rate of decrease of modulus of elasticity was greater than that of compressive strength at the same immersion time. As a result, the stress-strain behavior of concrete under chemical attack was significantly inconsistent with the conventional models specified in the CEB-FIP provision.
Tahouneh, Vahid;Naei, Mohammad Hasan;Mashhadi, Mahmoud Mosavi
Steel and Composite Structures
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v.34
no.2
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pp.261-277
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2020
The main objective of this research paper is to consider vibration analysis of vacancy defected graphene sheet as a nonisotropic structure via molecular dynamic and continuum approaches. The influence of structural defects on the vibration of graphene sheets is considered by applying the mechanical properties of defected graphene sheets. Molecular dynamic simulations have been performed to estimate the mechanical properties of graphene as a nonisotropic structure with single- and double- vacancy defects using open source well-known software i.e., large-scale atomic/molecular massively parallel simulator (LAMMPS). The interactions between the carbon atoms are modelled using Adaptive Intermolecular Reactive Empirical Bond Order (AIREBO) potential. An isogeometric analysis (IGA) based upon non-uniform rational B-spline (NURBS) is employed for approximation of single-layered graphene sheets deflection field and the governing equations are derived using nonlocal elasticity theory. The dependence of small-scale effects, chirality and different defect types on vibrational characteristic of graphene sheets is investigated in this comprehensive research work. In addition, numerical results are validated and compared with those achieved using other analysis, where an excellent agreement is found. The interesting results indicate that increasing the number of missing atoms can lead to decrease the natural frequencies of graphene sheets. It is seen that the degree of the detrimental effects differ with defect type. The Young's and shear modulus of the graphene with SV defects are much smaller than graphene with DV defects. It is also observed that Single Vacancy (SV) clusters cause more reduction in the natural frequencies of SLGS than Double Vacancy (DV) clusters. The effectiveness and the accuracy of the present IGA approach have been demonstrated and it is shown that the IGA is efficient, robust and accurate in terms of nanoplate problems.
The magneto-rheological visco-elastomer (MRVE) is used as a smart core to control the stochastic micro-vibration of a sandwich plate with supported mass. The micro-vibration response of the sandwich plate with MRVE core and supported mass under stochastic support motion excitations is studied and compared to evaluate the vibration suppression capability. The effects of the supported mass and localized magnetic field on the stochastic micro-vibration response of the MRVE sandwich plate are taken into account. The dynamic characteristics of the MRVE core in micro-vibration are described by a non-homogeneous complex modulus dependent on vibration frequency and controllable by applied magnetic fields. The partial differential equations for the coupled transverse and longitudinal motions of the MRVE sandwich plate with supported mass are derived from the dynamic equilibrium, constitutive and geometric relations. The simplified ordinary differential equations are obtained for the transverse vibration of the MRVE sandwich plate under localized magnetic fields. A frequency-domain solution method for the stochastic micro-vibration response of sandwich plates with supported mass is developed based on the Galerkin method and random vibration theory. The expressions of frequency-response functions, response power spectral densities and root-mean-square velocity responses of the plate in terms of the one-third octave frequency band are obtained for micro-vibration evaluation. Finally, numerical results are given to illustrate the large response reduction capacity of the MRVE sandwich plate with supported mass under stochastic support motion excitations, and the influences of MRVE parameters, supported mass and localized magnetic field placement on the micro-vibration response.
Graphene flakes are generally mass-produced by converting graphene oxide into reduced graphene oxide using chemical or thermal reduction. These graphene flakes can be stacked to form a free-standing graphene paper, which can be used for various applications. However, a graphene paper lacks stretchability, which hinders its application in stretchable devices. In this work, we introduced wrinkles in a graphene paper to make it stretchable. A graphene paper fabricated by vacuum-filtering a graphene dispersion was placed on a pre-stretched adhesive film. When the pre-stretched adhesive film returned to the original state, the graphene paper was wrinkled. The effect of the pre-stretching and wet condition of the graphene papers was experimentally investigated by using scanning electron microscopy. In addition, we observed the change of the period of the wrinkles in the graphene paper depending on the pre-stretching.
Park, Yoon-A;Jeon, Euy-Sik;Kim, Young-Shin;Lee, Hyun-Seung
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.8
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pp.79-86
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2022
With the recent increase in the demand for electric vehicles, it is necessary to identify the high current safety of automobile parts. Among the automobile parts, the EPDM parts required colored parts from the existing black; therefore, it was necessary to change the basic filler from carbon black to silica. The rubber used in automobile parts is flexible and exhibits basic characteristics of high strength and elongation. However, as the filler is changed to silica, its physical properties, such as tensile strength and elongation, are lower than those of the existing carbon black base. Therefore, it is necessary to evaluate the mechanical properties with the addition of the EPDM compound using silica as a base without degrading the physical properties of EPDM. In this study, an experiment based on the additive content was performed using the mixture experimental planning method to analyze the mechanical properties according to the additive type and mixing ratio of silica-based EPDM. The mixing ratio of the four additives was set using a simplex lattice design, and the tensile strength, elongation, modulus 300%, and permanent compression reduction rate were analyzed for mechanical characteristics, and rheometer experiments were performed for vulcanization characteristics. Through statistical analysis of the measured data, the main effects and interactions of the EPDM-blended rubber additives were analyzed. These results can be used to derive a mixing ratio of additives that satisfies the required characteristics of the EPDM compound.
Koksal, Fuat;Bacanli, Cem;Benli, Ahmet;Gencel, Osman
Structural Engineering and Mechanics
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v.82
no.1
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pp.93-105
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2022
The brittleness of concrete can be overcome by fiber reinforcement that controls the crack mechanisms of concrete. Corrosion-related durability issues can be prevented by synthetic fibers (SFs), while macro synthetic fibers have proven to be particularly effective to provide ductility and toughness after cracks. This experimental study has been performed to investigate the comparative flexural and mechanical behavior of four different macro-synthetic fiber-reinforced concretes (SFRCs). Two polyamide fibers (SF1 and SF2) with different aspect ratios and two different polypropylene fiber types (SF3 and SF4) were used in production of SFRCs. Four different SFRCs and reference concrete were compared for their influences on the toughness, compressive strength, elastic modulus, flexural strength, residual strength and splitting tensile strength. The outcomes of the study reveal that the flowability of reference mixture decreases after addition of SFs and the air voids of all SFRC mixtures increased with the addition of macro-synthetic fibers except SFRC2 mixture whose air content is the same as the reference mixture. The results also revealed that with the inclusion of SFs, 11.34% reduction in the cube compressive strength was noted for SFRC4 based on that of reference specimens and both reference concrete and SFRC exhibited nearly similar cylindrical compressive strength. Results illustrated that SFRC1 and SFRC4 mixtures consistently provide the highest and lowest flexural toughness values of 36.4 joule and 27.7 joule respectively. The toughness values of SFRC3 and SFRC4 are very near to each other.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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