Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.1
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pp.8-14
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2015
Plastics have brought a significant progress in reducing the weight of automotive parts and improving gas emissions by replacing steel parts. The front end module (FEM) carrier, which was made from long glass fiber reinforced polypropylene (PP-LFT), is one of the most successful examples. On the other hand, more research on the fatigue behavior and vibration durability of automotive plastic parts will be needed to improve the long-term reliability. This paper analyzed the durability of the PP-LFT, which is fundamental to fatigue design and analysis of FEM carrier. Various fatigue tests were conducted at different stress ratios to evaluate the relationship between the fatigue life and stress amplitude or mean stress level. In the case of a fixed stress amplitude, the change in fatigue life with the stress ratio was 2~6% larger than the case of fixed maximum stress. Furthermore, this study observed the mechanism of initiation and propagation of the fatigue cracks in PP-LFT by scanning electron microscopy.
These days, cement production is increasing due to the growing world population, leading to expanded use of concrete in buildings. Yet, the production of cement significantly increases carbon emissions, putting the future of sustainable development at risk. Geopolymers are under research for their potential to reduce the impact on concrete buildings. In order to tackle this issue, the literature has yet to utilize experiments or numerical modeling to thoroughly investigate the mechanical behavior of columns made of hybrid fiber-reinforced geopolymer concrete (HFRGC) and reinforced with basalt fiber reinforced polymer (BFRP) bars. This research aims to investigate and assess the mechanical performance of steel-reinforced HFRGC columns (SRHC) and BFRP-reinforced HFRGC columns (GRHC) in concentric and eccentric loading conditions through experimental testing and finite element analysis (FEA). HFRGC specimens were prepared using steel and polypropylene fibers. Twelve circular columns, six GRHC, and six SRHC specimens, were constructed with a diameter of 300 mm and a height of 1200 mm. The average axial strength (AS) of GRHC columns was found to be 92.13% of that of SRHC columns, according to the study. Under eccentric stress circumstances, both kinds of specimens showed comparable losses in AS; for example, GRHC specimens with 38 mm spiral spacing showed reductions of 39.01% and 43.12%. Good performance was shown by the suggested analytical relationships that were drawn from the experimental data. The AS of GRHC columns may be predicted using the newly established analytical and FEA models, which are well supported by this comparative analysis that takes into account the wrapping impact of lateral BFRP spirals and the axial participation of primary BFRP bars.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.4
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pp.475-486
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2015
Mode II fracture toughness ($K_{IIc}$) of fiber reinforced concrete (FRC) has been widely investigated under various patterns of test specimen geometries. Most of these studies were focused on single type fiber reinforced concrete. There is a lack in such studies for hybrid fiber reinforced concrete. In the current study, an experimental investigation of evaluating mode II fracture toughness ($K_{IIc}$) of hybrid fiber embedded in high strength concrete matrix has been reported. Three different types of fibers; namely steel (S), glass (G), and polypropylene (PP) fibers were mixed together in four hybridization patterns (S/G), (S/PP), (G/PP), (S/G/PP) with constant cumulative volume fraction ($V_f$) of 1.5 %. The concrete matrix properties were kept the same for all hybrid FRC patterns. In an attempt to estimate a fairly accepted value of fracture toughness $K_{IIc}$, four testing geometries and loading types are employed in this investigation. Three different ratios of notch depth to specimen width (a/w) 0.3, 0.4, and 0.5 were implemented in this study. Mode II fracture toughness of concrete $K_{IIc}$ was found to decrease with the increment of a/w ratio for all concretes and test geometries. Mode II fracture toughness $K_{IIc}$ was sensitive to the hybridization patterns of fiber. The (S/PP) hybridization pattern showed higher values than all other patterns, while the (S/G/PP) showed insignificant enhancement on mode II fracture toughness ($K_{IIc}$). The four point shear test set up reflected the lowest values of mode II fracture toughness $K_{IIc}$ of concrete. The non damage defect concept proved that, double edge notch prism test setup is the most reliable test to measure pure mode II of concrete.
This study investigates the fire resistance characteristics of reactive powder concrete according to changes in the cement content per unit area, mixing ratio of metakaolin (MK), and content of polypropylene fiber. A fire test was conducted, and the resulting residual strength characteristics were investigated through flexural and compressive strength measurements, as well as condition rating classification based on visual evaluation. MK effectively reduced the initial high content of calcium hydroxide, thereby reducing the water vapor pressure generated during pyrolysis and slowing spalling. Furthermore, the pore structure and loose tissue were effective for relieving the water vapor pressure in the event of a fire.
Park, E.T.;Lee, Y.H.;Kim, J.;Kang, B.S.;Song, W.J.
Transactions of Materials Processing
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v.29
no.4
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pp.179-187
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2020
Existing composite forming processes such as the autoclave, prepreg compression forming (PCF), RTM, etc. require high production costs because of their long processing time. On the other hand, microwave heating process (MHP) can reduce the production costs since both mold and composite material can be heated directly. The aim of this study is to manufacture a mold consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), quartz glass, stainless steel clamps, and polyether ether ketone (PEEK) bolts for fabricating FML based on self-reinforced polypropylene (SRPP) using the MHP. First, the flame test was carried out prior to the MHP to check the temperature on the mold and whether the spark occurred at the mold and the edge of the FML. Second, the uniaxial tensile test was then conducted to obtain the mechanical properties of the FML manufactured by the MHP. The mechanical properties were compared with those of the FML fabricated by the PCF. As a result, the MHP using the PTFE mold can manufacture the FML more rapidly than the PCF, and obtain acceptable mechanical properties.
Fiber-reinforced concrete (FRC) is a composite material where small fibers made from steel or polypropylene or similar material are embedded into concrete matrix. In a material model each constituent should be adequately described, especially the interface between the matrix and fibers that is determined with the 'bond-slip' law. 'Bond-slip' law describes relation between the force in a fiber and its displacement. Bond-slip relation is usually obtained from tension laboratory experiments where a fiber is pulled out from a matrix (concrete) block. However, theoretically bond-slip relation could be determined from bending experiments since in bending the fibers in FRC get pulled-out from the concrete matrix. We have performed specially designed laboratory experiments of three-point beam bending with an intention of using experimental data for determination of material parameters. In addition, we have formulated simple layered model for description of the behavior of beams in the three-point bending test. It is not possible to use this 'forward' beam model for extraction of material parameters so an inverse model has been devised. This model is a basis for formulation of an inverse model that could be used for parameter extraction from laboratory tests. The key assumption in the developed inverse solution procedure is that some values in the formulation are known and comprised in the experimental data. The procedure includes measured data and its derivative, the formulation is nonlinear and solution is obtained from an iterative procedure. The proposed method is numerically validated in the example at the end of the paper and it is demonstrated that material parameters could be successfully recovered from measured data.
It is known from the literature that there are relatively few studies on the engineering properties of ultra-high performance concrete (UHPC) in early age. In fact, in order to ensure the safety of UHPC during construction and sufficient durability and long-term performance, it is necessary to explore the early behavior of UHPC. The test parameters (test control factors) investigated included the percentage of cement replaced by silica fume (SF), the percentage of cement replaced by ultra-fine silica powder (SFP), the amount of steel fiber (volume percent), and the amount of polypropylene fiber (volume percentage). The engineering properties of UHPC in the fresh mixing stage and at the age of 7 days were investigated. These properties include freshly mixed properties (slump, slump flow, and unit weight) and hardened mechanical properties (compressive strength, elastic modulus, flexural strength, and splitting tensile strength). Moreover, the effects of the experimental factors on the performance of the tested UHPC were evaluated by range analysis and variance analysis. The experiment results showed that the compressive strength of the C8 mix at the age of 7 days was highest of 111.5 MPa, and the compressive strength of the C1 mix at the age of 28 days was the highest of 128.1 MPa. In addition, the 28-day compressive strength in each experimental group increased by 13%-34% compared to the 7-day compressive strength. In terms of hardened mechanical properties, the performance of each experimental group was superior to that of the control group (without fiber and without additional binder materials), with considerable improvement, and the experimental group did not produce explosive or brittle damage after the test. Further, the flexural test process found that all test specimens exhibited deflection-hardening behavior, resulting in continued to increase carrying capacity after the first crack.
Fiber arrangement was important for fiber reinforced thermoplastic composites using injection fabrication. In this work, fiber arrangement in CF/PP was investigated to use electrical resistance (ER) method during injection times. There were 3 types of injection products of CF/PP with different ER change ratio by fiber arrangement. High ER change ratio case of injection CF/PP products had better increased tensile strength. This reason was due to the fiber arrangement of CF/PP by injection. Fractured surface and contact angle of CF/PP products were used to evaluate for injection product quality. Uniform fiber arrangement of CF/PP by injection type exhibited the uniform heat condition of melted CF/PP. Steady thermal transfer effect occurred from melted CF/PP to steel injection mold. Steady thermal transfer effect of CF/PP was transmitted to high ER change ratio of mold. Ultimately, good condition CF/PP product by injection molding method could be predicted by using ER method.
Shaheen, Yousry B.I.;Eltaly, Boshra A.;Abdul-Fataha, Samer G.
Structural Engineering and Mechanics
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v.50
no.6
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pp.817-834
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2014
An experimental program was designed in the current work to examine the structural behavior of ferrocement beams reinforced with composite materials under three point loadings up to failure. The experimental program comprised casting and testing of twelve ferrocement beams having the dimensions of 120 mm width, 200 mm depth and 1600 mm length. The twelve beams were different in the type of reinforcements; steel bars, traditional wire meshes (welded and expanded wire meshes) and composite materials (fiberglass wire meshes and polypropylene wire meshes). The flexural performances of the all tested beams in terms of strength, ductility, cracking behavior and energy absorption were investigated. Also all the tested beams were simulated using ANSYS program. The results of the experimental tests concluded that the beam with fiber glass meshes gives the lowest first crack load and ultimate load. The ferrocement beam reinforced with four layers of welded wire meshes has better structural behavior than those beams reinforced with other types of wire meshes. Also the beams reinforced with metal wire meshes give smaller cracks width in comparing with those reinforced with non-metal wire meshes. Also the Finite Element (FE) simulations gave good results comparing with the experimental results.
In an attempt to control the spalling in high strength concrete, spalling reducer was mixed to identify the effect and thermal characteristics of concrete beam member at high temperature. The member was manufactured in such as way of adding 40~60MPa of high strength concrete into spalling reducer, and then fire resistance performance were monitored under the ISO standard fire load condition in accordance with KS F 2257. As a result of test, fore rate performance of 40MPa beam without spalling reducer was 180minutes, 50MPa was 174minutes and 60MPa was 152minutes, indicating that 50MPa and 60MPa beam appeared 6~28minutes short to become a 3-hour rate. However, 50 and 60MPa beam mixed with spalling reducer appeared to have satisfied the requirements for 180minutes. A spalling was occurred in surface of 50 and 60MPa beam mixed without spalling reducer, while no spalling or surface failure was occurred with 50 and 60MPa beam mixed with spalling reducer. Thus polypropylene fiber mixed with the concrete proved to be effective, but viewing that the surface of 60MPa was peeled off partially, the steel fiber mixed appeared not to be effective for the beam more than 60MPa.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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