The use of advanced composite materials in strengthening and repair of existing structures is increasing rapidly. This paper describes an effectiveness of a bonding of carbon fiber reinforced sheets to corroded steel members for the repair. Three types of surface treatment, what we call cleaning, of corroded plate are chosen as parameters. They are "without cleaning","removal of painting by brushing" and "complete removal of painting". From the experimental study, the following findings are obtained. 1) When the steel plate is subjected to tensile force, carbon fiber sheets adhered to the painted steel gives a higher strength against peeling compared to that of the plate without painting, 2) The grade of surface treatment, or cleaning of the corroded steel plate affects the strengthening effect.
In this article, the free vibration analysis of annular sandwich plates with various functionally graded (FG) porous cores and carbon nanotubes reinforced composite (CNTRC) facesheets is investigated based on modified couple stress theory (MCST) and first order shear deformation theories (FSDT). The annular sandwich plate is composed of two face layers and a functionally graded porous core layer which contains different porosity distributions. Various approaches such as extended mixture rule (EMR), Eshelby-Mori-Tanaka (E-M-T), and Halpin-Tsai (H-T) are used to determine the effective material properties of microcomposite circular sandwich plate. The governing equations of motion are extracted by using Hamilton's principle and FSDT. A Ritz method has been utilized to calculate the natural frequency of an annular sandwich plate. The effects of material length scale parameters, boundary conditions, aspect and inner-outer radius ratios, FG porous distributions, pore compressibility and volume fractions of CNTs are considered. The results are obtained by Ritz solutions that can be served as benchmark data to validate their numerical and analytical methods in the future work and also in solid-state physics, materials science, and micro-electro-mechanical devices.
In this study, a standardized test method to analyze tensile properties of multi-directional GFRP plate was proposed. Presently, tensile strength test of FRP composite reinforced with isotropic and orthotropic fiber is standardized according to ISO standard. Also, even though many studies were performed on test method to analyze the dynamic properties, the properties of tensile strength for multi-directional GFRP plate were not clearly identified. Currently, the domestic test method in accordance with ASTM, which is applicable to unidirectional FRP plate, gave tensile test results greater than actual properties. Thus, in this study, GFRP tensile test was conducted using the method found to be commonly applicable to all standards based on literature review of domestic and international references. Then, anchorage length experiments were performed using the proposed tension test method to evaluate validity of the method. Finally, optimal anchorage length was estimated from the numerical analysis to propose the standardized tensile strength method for GFRP multi-directional composite evaluation.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.6
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pp.102-112
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2020
In this study, in order to design a wedge-type anchor that can hold an wide carbon plate with a width of 100 mm or more that can be used in a bridge structure, the mechanical behaviors are evaluated based on the main design variables such as the angle of the wedge and the coefficient of friction between the guide and the wedge. The stress state of the carbon plate was calculated by numerical analysis method for each design variable, and the performance of the anchor in the critical state was evaluated according to the failure criteria for composite material, and the optimal design specifications of the anchor were determined based on numerical results. The performance of the optimally designed anchor was verified through actual experiments, and the results of this study are considered to be useful for the optimal design of the CFRP plate anchor to reinforce large structures.
Micro-electro-mechanical systems (MEMS) are widely employed in sensors, biomedical devices, optic sectors, and micro-accelerometers. New reinforcement materials such as carbon nanotubes as well as graphene platelets provide stiffer structures with controllable mechanical specifications by changing the graphene platelet features. This paper deals with buckling analyses of functionally graded graphene platelets micro plates with two piezoelectric layers subjected to external applied voltage. Governing equations are based on Kirchhoff plate theory assumptions beside the modified couple stress theory to incorporate the micro scale influences. A uniform temperature change and external electric field are regarded along the micro plate thickness. Moreover, an external in-plane mechanical load is uniformly distributed along the micro plate edges. The Hamilton's principle is employed to extract the governing equations. The material properties of each composite layer reinforced with graphene platelets of the considered micro plate are evaluated by the Halpin-Tsai micromechanical model. The governing equations are solved by the Navier's approach for the case of simply-supported boundary condition. The effects of the external applied voltage, the material length scale parameter, the thickness of the piezoelectric layers, the side, the length and the weight fraction of the graphene platelets as well as the graphene platelets distribution pattern on the critical buckling temperature change and on the critical buckling in-plane load are investigated. The outcomes illustrate the reduction of the thermal buckling strength independent of the graphene platelets distribution pattern while meanwhile the mechanical buckling strength is promoted. Furthermore, a negative voltage, -50 Volt, strengthens the micro plate stability against the thermal buckling occurrence about 9% while a positive voltage, 50 Volt, decreases the critical buckling load about 9% independent of the graphene platelet distribution pattern.
The major objective of this study is to investigate the effects and application of reinforcement for steel plate girder railway bridge by the external prestressing method. It analyzed the mechanical behaviors of non-ballasted railway bridge with ballast reinforced and external post-tensioning reinforced on the finite clement analysis for the static and dynamic behavior. As a result, the reinforcement of ballasted railway bridge the external prestressing method are obviously effective for the additional dead force which is ballast. The analytical study are carried out to investigate the post-tension force decrease bending behavior and deflection in composite bridge for serviceability. To develop two type FEM model which reflect well the post-tension force transverse distribution behavior of servicing bridge. With the comparing the results of railway bridge with ballast which carried out before the post-tensioning with the results of railway bridge with ballast which carried out after post-tensioning, It is investigated that the additional dead load decrease effect and bending behavior of servicing bridge is effect by the post-tensioning. The reinforcement by using the external tendon can be reducing that structure of a degradation phenomenon by unusual stresses due to additional dead load and other problems.
Song, I Y.;Byun, S.M.;Kim, S.T.;Cho, J.S.;Kim, G.S.;Park, C.H.
Proceedings of the KIEE Conference
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1993.07b
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pp.581-583
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1993
One of the principal problems encountered in the use of fiber reinforced composites is to establish an active fiber surface to achieve maximum adhesion between resin and fiber surface. In order to improve the interface bonding, the surface of glass fiber should be treated with silane coupling agent in ordinary composite manufacturing processes. However, the price of the coupling agent is very high and in the treating process voids are formed, which decreasees electrical and mechanical strength. We want to develope new process that will overcome the disadvantage of the coupling agent and achieve maximum adhesion at the interface between resin and fiber by active plasma treatment on the glass fiber surface. In this study, we investigate the improvement of contact angle on the glass plate surface as the first step in developing new GFRP.
In this paper, a general model is developed to predict the distribution of interfacial shear and normal stresses of FG beam reinforced by porous FGM plates under mechanical loading. The beam is assumed to be isotropic with a constant Poisson's ratio and power law elastic modulus through the beam thickness. Stress distributions, depending on an inhomogeneity constant, were calculated and presented in graphicals forms. It is shown that both the normal and shear stresses at the interface are influenced by the material and geometry parameters of the composite beam, and it is shown that the inhomogeneities play an important role in the distribution of interfacial stresses. The results presented in the paper can serve as a benchmark for future analyses of functionally graded beams strengthened by imperfect varying properties plates. Numerical comparisons between the existing solutions and the present new solution enable a clear appreciation of the effects of various parameters. The results of this study indicated that the imperfect functionally graded panel strengthening systems are effective in enhancing flexural behavior of the strengthened FGM beams. This research is helpful in understanding the mechanical behaviour of the interface and design of hybrid structures.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.5
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pp.129-138
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2006
Composite deck plate using a pre-assembled re-bar truss for slab with corrugated zinc galvanized sheet iron at manufactory, is given the improvement on design, manufacture, and performance for construction work of cast-in-place reinforced concrete slab by enabling to cast concrete directly without the form work. There are two methods in analyzing composite deck : Simplified 2D analysis and 3D analysis. Although simplified 2D analysis is being used up to date, the use of 3D analysis, allowing for the vierendeel behavior of composite deck by real configuration correlating to bar reducing, is demanded. To compare the simplified 2D analysis applied to allowable stress design with 3D analysis applied to limit state design, 8 specimen are manufactured. Main variables include the depth of slab, the length of span, the diameter of bottom bar and lattice bar, and the presence of corrugated zinc galvanized sheet iron. The comparison from the experimental result and analytical result indicates that applying of simplified 2D analysis is possible for the use of D10 with bottom bar. However, it is more reasonable to apply 3D analysis which allows to indicate vierendeel behavior considered the real configuration.
The moisture absorption behavior of carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) and its effect on dimensional stability were examined. Moisture diffusivity in CFRP was determined by measuring a specimen's weight during the moisture absorption test. Three types of CFRP specimens were prepared: a unidirectionally reinforced laminate, a quasi-isotropic laminate and woven fabric. Each CFRP was processed into two geometries - a thin plate for determination of diffusivity and a rod with a square cross-section for the discussion of two-dimensional diffusion behavior. By solving Fick's law expanded to 3 dimensions, the diffusivities in the three orthogonal directions were obtained and analyzed in terms of the anisotropy of CFRP moisture diffusion. Coefficients of moisture expansion (CMEs) were also obtained from specimen deformation caused by moisture absorption. During moisture absorption, the specimen surfaces showed larger deformation near the edges due to the distribution of moisture contents. This deformation was reasonably predicted by the finite element analysis using experimentally determined diffusivities and CMEs. For unidirectional CFRP, the effect of the fiber alignment on CME was analyzed by micromechanical finite element analysis (FEA) and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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