Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.11
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pp.762-769
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2017
The extensional stiffness in quasi-isotropic laminates is uniform in the radial direction, but the bending stiffness varies radially due to the stacking sequence. This paper addresses the directional dependency of the bending stiffness and its radial variation in three types of quasi-isotropic laminate reflectors consisting of unidirectional fiber composite materials (UDM) and randomly distributed composite materials (short fiber, RDM). The extensional stiffness and bending stiffness in optical reflectors using RDM are uniform, while the bending stiffness in those using UDM varies radially from 11% to 26%. Also, the stiffness sensitivity, such as the bend-twist or bend-torsion effect, due to the differences in the stiffness value in the composite, is large. These factors are problematic in the optical field requiring precision surfaces. Utilizing RDM might be one way to eliminate the presence of bending stiffness in composite mirror substrates.
Lightweight concrete is a superior material due to its light weight and high strength. There however remain significant lacunae in engineering knowledge with regards to shear failure of lightweight fiber reinforced concrete beams. The main aim of the present study is to investigate the optimum usage of steel fibers in lightweight fiber reinforced concrete (LWFRC). Multi-scale finite element model calibrated with experimental results is developed to study the effect of steel fibers on the mechanical properties of LWFRC beams. To decrease the amount of steel fibers, it is preferred to reinforce only the middle section of the LWFRC beams, where the flexural stresses are higher. For numerical simulation, a multi-scale finite element model was developed. The cement matrix was modeled as homogeneous and uniform material and both steel fibers and lightweight coarse aggregates were randomly distributed within the matrix. Considering more realistic assumptions, the bonding between fibers and cement matrix was considered with the Cohesive Zone Model (CZM) and its parameters were determined using the model update method. Furthermore, conformity of Load-Crack Mouth Opening Displacement (CMOD) curves obtained from numerical modeling and experimental test results of notched beams under center-point loading tests were investigated. Validating the finite element model results with experimental tests, the effects of fibers' volume fraction, and the length of the reinforced middle section, on flexural and residual strengths of LWFRC, were studied. Results indicate that using steel fibers in a specified length of the concrete beam with high flexural stresses, and considerable savings can be achieved in using steel fibers. Reducing the length of the reinforced middle section from 50 to 30 cm in specimens containing 10 kg/m3 of steel fibers, resulting in a considerable decrease of the used steel fibers by four times, whereas only a 7% reduction in bearing capacity was observed. Therefore, determining an appropriate length of the reinforced middle section is an essential parameter in reducing fibers, usage leading to more affordable construction costs.
Park, Sung-Sik;Kim, Young-Su;Choi, Sun-Gyu;Shin, Shi-Eon
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.4C
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pp.213-220
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2008
A study on cemented sand reinforced with short fibers was carried out to improve its unconfined compressive strength and brittle behavior. Nak-dong River sand was mixed with Portland cement and polyvinyl alcohol (PVA) fibers. A PVA fiber widely used for concrete reinforcement is randomly distributed into cemented sand. Nak-dong River sand, cement and fibers with optimum water content were compacted in 5 layers and then cured for 7 days. The effect of fiber reinforcement rather than cementation was emphasized by using a small amount of cement. Weakly cemented sand with a cement/sand ratio less than 8% was fiber-reinforced with different fiber ratios and tested for unconfined compression tests. The effect of fiber ratio and cement ratio on unconfined compressive strength was investigated. Fiber-reinforced cemented sand with 2% cement ratio showed up to six times strength to non-reinforced cemented sand. Because of ductile behavior of fiber-reinforced specimens, an axial strain at peak stress of specimens with 2% cement ratio increases up to 7% as a fiber ratio increases. The effect of 1% fiber addition into 2% cemented sand on friction angle and cohesion was analyzed separately. When the fiber reinforcement is related to friction angle increase, the 8% of applied stress transferred to 1% fibers within specimens.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.3
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pp.16-20
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2018
Steel Fiber reinforced self-compacting concrete (SFRSCC) has been widely used in a number of structures, such as ordinary civil infrastructures, sky scrapers, nuclear power plants, hospitals, dams, channels and etc. Thanks to its short and discrete reinforcing fibers, its performance, including tensile strength, ductility, toughness and flexural strength gets much better in comparison with ordinary self-compacting concrete (SCC) without any reinforcing fibers. Despite all these aforementioned advantages of SFRSCC, its performance highly depends on fiber's orientation. In case of short discrete fibers, the orientation of fibers is completely random and cannot be controlled during pumping process. If fibers distribution inside hardened state concrete are randomly distributed, it leads to less resistance potential of concrete element, especially in terms of flexural and tensile strength. The maximum expected strength may not be achieved. Therefore, fiber alignment has been considered as one of the important factors in SFRSCC. To address this issue, this study investigates the effects of concrete matrix's density and inlet velocity on fiber alignment during the pumping process using a finite element method.
Purpose: The purpose of this study is to compare the effect of two fiber post systems and one metal cast post system on the fracture strength and fracture pattern of crowned, endodontically treated teeth with 2 mm-height of the reamining tooth structure. Materials and methods: A total of 36 recently extracted sound human mandibular premolars were selected Each tooth structure of the crown portion except 2mm-height of the one above the cementoenamel junction was removed. After being endodontically treated, they were randomly distributed into 3 groups: group 1, restored with quarts fiber post(D.T. Light-Post), group 2, with glass fiber post(FRC Postec), and group 3, metal cast post and core. All teeth were fully covered with nonprecious metal crowns. Each specimen was embedded in an acrylic resin block and then secured in a universal load-testing machine. A compressive load was applied at a 130 degree angle to the long axis of the tooth until fractured, at a crosshead speed 20mm/min. The highest fracture loads were measured and recorded as the fracture strength of each specimen. Fracture areas were measured on the mid-buccal and mid-lingual point from the crown margins. One-way analysis of variance and Turkey test were used to determine the statistic significance of the different fracture loads and areas among the groups (p<0.05). Results: The mean fracture loads were $1391{\pm}$425N(group 1), $1458{\pm}476N$(group 2) and $1301{\pm}319N$(group 3). The fracture loads among the three groups had no statistically signifiant difference (p>.05). The mean fracture area of the fiber post was closer to the crown margin than that of the metal cast post and core(p<.05). The metal cast post showed unrestorable and catastrophic fracture patterns. Conclusion: Within the limitations of this study, fracture loads with any statistically significant difference were not recorded for endodontically treated teeth restored with two fiber posts and the metal cast post. But teeth restored with the fiber posts typically showed the fracture pattern close to the crown margin, which was almost restorable.
The vibrational characteristics of Multi-Phase Nanocomposite (MPC) reinforced annular/circular plate under initially stresses are presented using the state-space formulation based on three-dimensional elasticity theory (3D-elasticity theory) and Differential Quadrature Method (DQM). The MPC reinforced annular/circular plate is under initial lateral stress and composed of multilayers with Carbon Nanotubes (CNTs) uniformly dispersed in each layer, but its properties change layer-by-layer along the thickness direction. The State-Space based Differential Quadrature Method (SS-DQM) is presented to examine the frequency behavior of the current structure. Halpin-Tsai equations and fiber micromechanics are used in the hierarchy to predict the bulk material properties of the multi-scale composite. A singular point is investigated for modeling the circular plate. The CNTs are supposed to be randomly oriented and uniformly distributed through the matrix of epoxy resin. Afterward, a parametric study is done to present the effects of various types of sandwich circular/annular plates on frequency characteristics of the MPC reinforced annular/circular plate using 3D-elasticity theory.
The propagation of coherent time-harmonic elastic SH waves in a medium with random distribution of cylindrical inclusions is studied for characterizing the dynamic elastic modulus and the attenuation property of fiber-reinforced composite materials. A multiple scattering theory using the single scattering coefficients in conjunction with the Lax's quasicrystalline approximation is derived and from which the dispersion relation for such medium is obtained. The pair-correlation functions between the cylinders which are needed to formulate the multiple scattering interaction between the cylinders are obtained by Monte Carlo simulation method.From the numerically calculated complex wavenumbers, the propagation speed of the average wave, the coherent attenuation coefficient and the effective shear modulus are presented as functions of frequency and area density.
This study aimed to evaluate the nutrient digestibility of growing rabbits fed diets with different levels of either Leucaena leucocephala (LLM) or Moringa oleifera (MOLM) leaf meals and also to compare total collection and $TiO_2$ marker methods for estimating digestibility. A total of 30 California growing rabbits ($1.81{\pm}0.19kg$ live weight on average) were randomly distributed into five experimental groups of six rabbits each and were housed in individual cages. The groups were control, 30% LLM, 40% LLM, 30% MOLM, and 40% MOLM. All groups received pelleted diets for two weeks; diets also contained 4 g/kg titanium dioxide as dietary marker. Daily feed intake was recorded during the whole experimental period and total feces were collected daily and weighed individually during four days. The results showed that there were no difference (p>0.05) in feed, dry matter (DM), organic matter (OM), crude protein (CP), digestible energy, and crude fiber (CF) intake between the control group and the other experimental groups. The apparent digestibility values of DM, OM, CP, CF, acid detergent fiber, and gross energy were the highest for control group (p = 0.001), meanwhile MOLM diets had generally higher nutrient digestibility coefficients than LLM diets. Increasing the inclusion level of leaf meal in the diet from 30% to 40% improved the digestibility of CF from 45.02% to 51.69% for LLM and from 48.11% to 55.89% for MOLM. Similar results for apparent nutrient digestibility coefficients were obtained when either total collection or indigestible marker method was used. In conclusion, the digestibility of MOLM containing diets were better than LLM diets, furthermore $TiO_2$ as an external marker could be used as a simple, practical and reliable method to estimate nutrients digestibility in rabbit diets.
Carbon particle based nanocomposites have been studied. Nanocomposites containing CNT and graphite particles were manipulated by aligning the micro/nano-size particles with electric field. Electric field is applied to the suspension of epoxy matrix and particulate inclusions in order to align them along the direction of the electric field. Particles aligned in a uniform direction act as a fiber in a CFRP composite. The mechanical strength and physical characteristics highly depend on particles' distribution pattern and amount. In this study, the characteristics of radioactive barrier are emphasized, which has been rarely discussed in the literature. A number of sample coupons were tested to verify their performance. The procedure of manufacturing nanocomposites by means of extremely small size particle alignment is presented in sequence. Several physical and structural performances of composites containing aligned and randomly distributed particles were compared. The results show particle alignment is very effective to enhance directional strength and radioactive barrier performance.
We proposed a flexible link configuration in a system combining mid-span spectral inversion (MSSI) and dispersion management used for long-distance transmission of high-capacity optical signals such as wavelength division multiplexing signals, and examined specific methods to increase chromatic dispersion and nonlinear distortion compensation effects. The dispersion map proposed to increase the flexibility of dispersion-managed link configuration has a 'random-inverse' structure. That is, in the proposed dispersion map, the residual dispersion per span (RDPS) of each fiber span in the first half section up to the optical phase conjugator is randomly distributed, and the RDPS distribution in the second half section reverses the distribution pattern of the first section. Although the proposed dispersion map has a random distribution of RDPS, it was confirmed that the distortion compensation effect is improved due to the fact that the dispersion profile is symmetrical with respect to the optical phase conjugator. In the dispersion map of the 'random-inverse' configuration, it was also confirmed that the compensation effect of the distorted wavelength division multiplexing signal becomes improved when the magnitude of the RDPS allocated to each fiber span is large.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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