Ten high-strength concrete beam specimens, which have various combinations of different types of flexural reinforcement and short fibers were constructed and tested. Six beams were reinforced with two layers of steel, CFRP, and GFRP bar combinations. The other four beams were reinforced with two layers of single type CFRP and GFRP bars, with steel and synthetic short fibers. An investigation was performed on the influence of the parameters on the load-carrying capacity, post cracking stiffness, cracking pattern, deflection behavior, and ductility. The low post cracking stiffness, large deflection, deep crack propagation, large crack width, and low ductility of FRP bar-reinforced beams were controlled and improved by positioning steel bars in the inner layer of the FRP bar layer. In addition, the addition of fibers increased the first-cracking load, ultimate flexural strength, and ductility as well as the deep propagating cracks were controlled in the FRP bar-reinforced concrete beams. The increased ultimate concrete strain of fiber-reinforced concrete should be determined and considered when FRP bar-reinforced concrete members with fibers are designed.
Chen, Shao J.;Yin, Da W.;Jiang, N.;Wang, F.;Guo, Wei J.
Geomechanics and Engineering
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v.17
no.4
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pp.333-342
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2019
Geological dynamic hazards during coal mining can be caused by the failure of a composite system consisting of roof rock and coal layers, subject to different loading rates due to different advancing velocities in the working face. In this paper, the uniaxial compression test simulations on the composite rock-coal layers were performed using $PFC^{2D}$ software and especially the effects of loading rate on the stress-strain behavior, strength characteristics and crack nucleation, propagation and coalescence in a composite layer were analyzed. In addition, considering the composite layer, the mechanisms for the advanced bore decompression in coal to prevent the geological dynamic hazards at a rapid advancing velocity of working face were explored. The uniaxial compressive strength and peak strain are found to increase with the increase of loading rate. After post-peak point, the stress-strain curve shows a steep stepped drop at a low loading rate, while the stress-strain curve exhibits a slowly progressive decrease at a high loading rate. The cracking mainly occurs within coal, and no apparent cracking is observed for rock. While at a high loading rate, the rock near the bedding plane is damaged by rapid crack propagation in coal. The cracking pattern is not a single shear zone, but exhibits as two simultaneously propagating shear zones in a "X" shape. Following this, the coal breaks into many pieces and the fragment size and number increase with loading rate. Whereas a low loading rate promotes the development of tensile crack, the failure pattern shows a V-shaped hybrid shear and tensile failure. The shear failure becomes dominant with an increasing loading rate. Meanwhile, with the increase of loading rate, the width of the main shear failure zone increases. Moreover, the advanced bore decompression changes the physical property and energy accumulation conditions of the composite layer, which increases the strain energy dissipation, and the occurrence possibility of geological dynamic hazards is reduced at a rapid advancing velocity of working face.
Chalioris, Constantin E.;Voutetaki, Maristella E.;Liolios, Angelos A.
Earthquakes and Structures
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v.19
no.1
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pp.29-44
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2020
The effectiveness and the sensitivity of a Wireless impedance/Admittance Monitoring System (WiAMS) for the prompt damage diagnosis of two single-storey single-span Reinforced Concrete (RC) frames under cyclic loading is experimentally investigated. The geometrical and the reinforcement characteristics of the RC structural members of the frames represent typical old RC frame structure without consideration of seismic design criteria. The columns of the frames are vulnerable to shear failure under lateral load due to their low height-to-depth ratio and insufficient transverse reinforcement. The proposed Structural Health Monitoring (SHM) system comprises of specially manufactured autonomous portable devices that acquire the in-situ voltage frequency responses of a network of twenty piezoelectric transducers mounted to the RC frames. Measurements of external and internal small-sized piezoelectric patches are utilized for damage localization and assessment at various and increased damage levels as the magnitude of the imposed lateral cycle deformations increases. A bare RC frame and a strengthened one using a pair of steel crossed tension-ties (X-bracing) have been tested in order to check the sensitivity of the developed WiAMS in different structural conditions since crack propagation, damage locations and failure mode of the examined frames vary. Indeed, the imposed loading caused brittle shear failure to the column of the bare frame and the formation of plastic hinges at the beam ends of the X-braced frame. Test results highlighted the ability of the proposed SHM to identify incipient damages due to concrete cracking and steel yielding since promising early indication of the forthcoming critical failures before any visible sign has been obtained.
A multilayer-structure material containing ductile and brittle layer simultaneously was examined and compared with a single layer material using fracture mechanical properties. We found that impact strength of multilayer structure material was considerably higher than single layer's and toughness was enhanced by about two times or higher in similar glass transition temperature($T_g$) region and the same dimension. The superposition principle of impact pulse was used for interpretation of kinetic stress wave as a high-velocity crack proceeds in the plastic. It was understood that the optimum condition of ductile/brittle thickness ratio could be designed in the final toughness enhancement of multilayer.
Hydraulic fracturing technology has been widely applied in the industry for the recovery of the natural resources such as gas, oil and geothermal heat from hot dry rock. During hydraulic fracturing stimulation, multiple cracks are created resulting in mechanical interaction between cracks. Such an interaction influences obtaining hydraulic fracturing key parameters (crack opening, length, and borehole net pressure). The boundary collocation method (BCM) has been proved to be very effective in considering mechanical interaction. However, for better confidence, it needs to be verified by comparison with analytical solutions such as stress intensity factors. In this paper, three cases, single fracture in remote uniaxial tension, single fracture in remote shear stress field and two arbitrary segments in an infinite plane loaded at infinity are considered. As a result, the BCM is proved to be valid technique to consider mechanical interaction between cracks and can be used to estimate the hydraulic fracturing parameters such as opening of the fracture, and so on.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.25
no.4
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pp.274-286
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2005
Fracture behaviors and acoustic emission (AE) characteristics of single-edge-notched monolithic aluminum plates and glass fiber/aluminum hybrid laminate plates have been investigated under tensile loads. AE signals from monolithic aluminum could be classified into two different types: signals with low frequency band and high frequency band. High frequency signals were detected in the post stage of loading beyond displacement of 0.45mm. For glass fiber/aluminum laminates, AE signals with high amplitude and long duration were additionally confirmed on FFT frequency analysis, which corresponded to macro-crack propagation and/or delamination between A1 and fiber layers. On the basis of the above AE analysis and fracture observation with optical microscopy and ultrasonic T scan, characteristic features of AE associated with fracture processes of single-edge-notched glass fiber/aluminum laminates were elucidated according to different fiber ply orientations.
The structural epoxy adhesive used in car body assembly needs the highest level of joint mechanical strength under lap shear, T-peel and impact peel conditions. In this study, the effect of nano functionalized block copolymer addition on the impact peel strength of epoxy adhesive was investigated. DSC analysis showed that the addition of nano functionalized block copolymer did not affect the curing reaction of epoxy adhesive. From single lap shear test, it was found out that the addition of nano functionalized block copolymer slightly decreased the cohesive strength of cured adhesive layer. The addition of nano functionalized block copolymer showed beneficial effect on T-peel strength by changing the adhesive failure mode to the mixed mode. However, the addition of nano functionalized block copolymer just decreased the room temperature impact peel strength. It was considered that the addition of nano functionalized block copolymer could have effect on disturbing the crack propagation only for the case of slow strain rate.
Haider, Syed Muhammad Bilal;Nizamani, Zafarullah;Yip, Chun Chieh
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.6
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pp.789-807
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2020
Multiple earthquakes that occur during short seismic intervals affect the inelastic behavior of the structures. Sequential ground motions against the single earthquake event cause the building structure to face loss in stiffness and its strength. Although, numerous research studies had been conducted in this research area but still significant limitations exist such as: 1) use of traditional design procedure which usually considers single seismic excitation; 2) selecting a seismic excitation data based on earthquake events occurred at another place and time. Therefore, it is important to study the effects of successive ground motions on the framed structures. The objective of this study is to overcome the aforementioned limitations through testing a two storey RC building structural model scaled down to 1/10 ratio through a similitude relation. The scaled model is examined using a shaking table. Thereafter, the experimental model results are validated with simulated results using ETABS software. The test framed specimen is subjected to sequential five artificial and four real-time earthquake motions. Dynamic response history analysis has been conducted to investigate the i) observed response and crack pattern; ii) maximum displacement; iii) residual displacement; iv) Interstorey drift ratio and damage limitation. The results of the study conclude that the low-rise building model has ability to resist successive artificial ground motion from its strength. Sequential artificial ground motions cause the framed structure to displace each storey twice in correlation with vary first artificial seismic vibration. The displacement parameters showed that real-time successive ground motions have a limited impact on the low-rise reinforced concrete model. The finding shows that traditional seismic design EC8 requires to reconsider the traditional design procedure.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.27
no.3
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pp.89-93
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2020
Complex warpage behavior of the electronic packages causes internal stress so many kinds of mechanical failure occur such as delamination or crack. Efforts to predict the warpage behavior accurately in order to prevent the decrease in yield have been approached from various aspects. For warpage prediction, silicon is generally treated as a homogeneous material, therefore it is described as showing no warpage behavior due to thermal loading. However, it was reported that warpage is actually caused by residual stress accumulated during grinding and polishing in order to make silicon wafer thinner, which make silicon wafer inhomogeneous through thickness direction. In this paper, warpage behavior of the single-side polished wafer at solder reflow temperature, the highest temperature in packaging processes, was measured using 3D digital image correlation (DIC) method. Mechanism was verified by measuring coefficient of thermal expansion (CTE) of both mirror-polished surface and rough surface.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.216-219
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2002
Conventional piezoelectric lead-zirconate-titanate (PZT) senor has high sensitivity, but it is very brittle. Recently polymer films such as polyvinylidene fluoride (PVDF) have been used use as a sensor. The advantages of PVDF are the flexibility and mechanical toughness. Simple process and possible several shapes are also additional advantages. PVDF sensor can be directly embedded and attached to a structure. In this study, PVDF sensor was embedded in single glass fiber/epoxy composites whereas PZT sensor with AE was attached to single fiber composites (SFC). Piezoelectric sensor responds to interfacial damage of SFC. The signals measured by PVDF sensor were compared to PZT sensor. PZT sensor detected the signals of fiber fracture, matrix crack, interfacial debonding and even sensor delamination, whereas PVDF sensor only detected fiber fracture signals so far, because PZT sensor is much more sensitive than current PVDF sensor. Wave voltage of fiber fracture measured by PVDF sensor was lower than that of PZT sensor, but the results of fast Fourier transform (FFT) analysis were same. Wave velocity using two PZT sensors was also studied to know the internal and surface damage effect of epoxy specimens.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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