• Advances in nano research
• /
• 제15권5호
• /
• pp.467-484
• /
• 2023

Despite the significant features of fiber-reinforced cementitious composites (FRCCs), including better mechanical, fractural, and durability performance, their high content of cement has restricted their use in the construction industry. Although ground granulated blast furnace slag (GGBFS) is considered the main supplementary cementitious material, its slow pozzolanic reaction stands against its application. The addition of nano-sized mineral modifiers, including nano-silica (NS), is an alternative to address the drawbacks of using GGBFS. The main object of this empirical and numerical research is to examine the effect of NS on the strain-hardening behavior of cementitious composites; ten mixes were designed, and five levels of NS were considered. This study proposes a new method, using a four-point bending test to assess the use of nano-silica (NS) on the flexural behavior, first cracking strength, fracture energy, and micromechanical parameters including interfacial friction bond strength and maximum bridging stress. Digital image correlation (DIC) was used for monitoring the initiation and propagation of the cracks. In addition, to attain a deep comprehension of fiber/matrix interaction, scanning electron microscope (SEM) analysis was used. It was discovered that using nano-silica (NS) in cementitious materials results in an enhancement in the matrix toughness, which prevents multiple cracking and, therefore, strain-hardening. In addition, adding NS enhanced the interfacial transition zone between matrix and fiber, leading to a higher interfacial friction bond strength, which helps multiple cracking in the composite due to the hydrophobic nature of polypropylene (PP) fibers. The findings of this research provide insight into finding the optimum percent of NS in which both ductility and high tensile strength of the composites would be satisfied. As a concluding remark, a new criterion is proposed, showing that the optimum value of nano-silica is 2%. The findings and proposed method of this study can facilitate the design and utilization of green cementitious composites in structures.

• Structural Monitoring and Maintenance
• /
• 제4권2호
• /
• pp.133-151
• /
• 2017

The paper describes the results of an experimental and numerical investigation into the structural and damage response of sandwich composites to low-velocity impact. Sandwich panels consisting of laminated composite skins with three different layups bonded to a PVC foam core were subjected to impact at various energy levels corresponding to barely visible impact damage (BVID) in the impacted skins. Damage assessment analyses were performed on the impacted panels to characterise the extent and the nature of the major failure mechanisms occurring in the skins. The data collected during the experimental analyses were finally used to assess the predictive capabilities of an FE tool recently developed by the authors for detailed simulation of impact damage in composite sandwich panels. Good agreement was observed between experimental results and model predictions in terms of structural response to impact, global extent of damage and typical features of individual damage mechanisms.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제52권5호
• /
• pp.857-873
• /
• 2014

Structural behaviors of a sustainable hybrid column with the ultra high performance cementitious composites (UHPCC) permanent form under compression and flexure were studied. Critical state and failure stage characters are analyzed for large and small eccentricity cases. A simplified theoretical model is proposed for engineering designs and unified formulas for loading capacity of the hybrid column under compression and flexure loads are derived, including axial force and moment. Non-linear numerical analysis is carried out to verify the theoretical predictions. The theoretical predictions agree well with the numerical results which are verified by the short hybrid column tests recursively. Compared with the traditional reinforced concrete (RC) column, the loading capacity of the sustainable hybrid column is improved significantly due to UHPCC confinements.

• Steel and Composite Structures
• /
• 제31권2호
• /
• pp.159-172
• /
• 2019

Strengthening of civil infrastructure with advanced composites have recently become one of the most popular methods. The use of Fiber Reinforced Polymer (FRP) strips plates and fabric for strengthening of reinforced concrete structures has well established design guidelines and standards. Research on the application of FRP composites to steel structures compared to concrete structures is limited, especially for shear strengthening applications. Whereas, there is a need for cost-effective system that could be used to strengthen steel high-way bridge girders to cope with losses due to corrosion in addition to continuous demands for increasing traffic loads. In this study, a parametric finite element study is performed to investigate the effect of applying thick CFRP strips diagonally on webs of plate girders on the shear strength of end-web panels. The study focuses on illustrating the effect of several geometric parameters on nominal shear strength. Hence, a formula is developed to determine the enhancement of shear strength gained upon the application of CFRP strips.

• Composites Research
• /
• 제28권5호
• /
• pp.291-296
• /
• 2015

본 연구에서는 자동차 구조물의 경량화를 위해 자연섬유 복합재료를 적용하여 차량용 패널의 구조 설계 및 해석을 수행하였다. 구조 설계를 위해 Flax/vinyl ester 복합재료를 적용하였다. 섬유 복합재 패널의 제조공법은 VARTML(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding-Light) 제조공법이 적용되었다. 구조 설계 후 충돌에 의한 구조물의 안전성을 분석하기 위해 충돌 실험을 수행하였다. 충돌 실험은 유럽 보행자 보호 기준에 맞게 수행하였으며 해석 결과를 검증하기 위하여 시편을 제작해 충격 실험을 수행하였다. 또한 충격 손상 후 구조물의 잔류강도를 측정하기 위해 손상을 가한 시편의 압축강도 실험을 수행하였다.

• Composites Research
• /
• 제28권2호
• /
• pp.46-51
• /
• 2015

본 연구에서는 차량용 본넷의 구조 설계 및 해석을 수행하였다. 구조 설계를 위해 아마/비닐 에스테르 복합재료가 적용되었다. 아마 섬유 복합재 본넷의 제조공법은 VARTML(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding-Light) 제조공법이 적용하였다. VARTML 공법은 한쪽 면은 견고한 금형을 사용하고 다른 면은 진공과 함께 유연한 금형을 사용하여 압력차를 이용하여 내부에 적층된 섬유에 수지를 신속하게 함침 시켜 성형하는 방법이다. 아마/비닐 에스테르 패널로 부터 시편을 가공하여 재료의 기계적 물성치를 획득하기 위한 시편 시험을 수행하였다. 이를 기반으로 자동차 본넷의 구조 설계를 수행하였다.

• Composites Research
• /
• 제17권5호
• /
• pp.39-46
• /
• 2004

본 연구에서는 공간적으로 보강된 복합재(SRC)의 강도를 예측하였다. 각 방향의 라드(rod)와 라드의 체적에 비례하는 기지의 강성으로 표현되는 구조요소(structural element)를 정의하고, 이 구조요소에 파손판단식을 적용하여 SRC의 강도를 예측하였다. 라드의 파손판단식의 경우는 최대파손변형률을, 기지의 경우는 수정된 Tsai-Wu 파손판단식을 각기 적용하였다. 또한 SRC의 강도를 예측하기 위해서 라드와 SRC의 물성치를 측정하였다. 측정된 물성치는 라드의 인장 파손변형률, 3D SRC의 압축 파손변형률, $45^{\cir}$ 회전된 방향에서의 인장 및 압축 강도와 전단강도들이다. 3D/4D SRC의 강도분포는 각 SRC의 라드방향에서 크게 나타나고 라드에서 벗어날수록 작은 강도 값을 보였다. 강도의 전체분포를 보다 빠르게 계산하기 위해서 하중증분을 유동적으로 사용하였고, 하중이력을 구할 때는 균일한 하중이력을 사용하였다. 3D SRC의 라드방향 압축실험결과 해석의 비교에서 초기 기울기는 서로 잘 일치하였고, 강도값은 18% 정도의 차이를 보였다.

• Composites Research
• /
• 제32권1호
• /
• pp.45-49
• /
• 2019

최근 널리 연구되고 있는 대표적인 OOA(out-of-autoclave) 공정의 하나인 수지필름 인퓨전(resin film infusion, RFI) 공정은 우수한 기계적 물성과 수지의 균일한 함침성을 가지면서도 대형 구조물에서의 공정비용을 대폭 저감할 수 있는 장점을 지니고 있다. 본 연구에서는 RFI 탄소섬유 복합재를 2 m 이상급 무인기 구조체에 적용하여 구조적 안전성을 향상시킴과 동시에 경량화를 달성하기 위한 연구를 수행하였다. 재료 인장시험결과 T300급 탄소섬유 복합재료와 비교하였을 시 강도는 46% 높은 결과를 보이며 강성은 유사한 수준임을 확인할 수 있었다. 또한 상기 재료물성을 적용한 탄소섬유 복합재 날개구조의 설계 및 해석 결과, 유리섬유 복합재를 적용한 기존 모델 대비 날개 길이방향 강성이 증가하여 날개 끝단 처짐량은 31% 감소하고 구조 안전계수가 28% 증가함과 동시에 전체 구조의 무게를 10% 이상 경량화 가능함을 확인하였다.

• Composites Research
• /
• 제31권6호
• /
• pp.392-397
• /
• 2018

본 연구에서는 기존의 스틸재 타이로드를 브레이딩 공법을 적용한 탄소복합재로 개발하고자 하였다. 탄소복합재 타이로드는 기존 제품과 동등한 성능을 만족시키기 위하여 브레이딩 직조에 필요한 코어 단면설계, 코어와 탄소섬유의 접합부에 대한 구조형상설계를 진행하였다. 그리고 브레이딩 공법을 적용한 시편을 제작하여 시험평가를 통해 구조해석에 적용하였다. 제작 공정은 브레이딩 직조 후 인퓨전 공정을 거쳐 후경화 공정까지 진행하였으며 최종 제품에 대한 시험평가는 인장 시험, 비틀림 시험, 압축 시험과 피로시험을 순차적으로 진행하여 모두 만족시켰다. 또한 탄소복합재 타이로드의 중량을 기존 제품 대비 약 37% 정도 경량화시킬 수 있었다.

• Advances in materials Research
• /
• 제1권3호
• /
• pp.221-231
• /
• 2012

In this study, the physical and mechanical properties of bamboo fiber reinforced epoxy composites were studied. Composites were fabricated using short bamboo fiber at four different fiber loading (0 wt%, 15 wt%, 30 wt% and 45 wt%). It has been observed that few properties increases significantly with respect to fiber loading, however properties like void fraction increases from 1.71% to 5.69% with the increase in fiber loading. Hence, in order to reduce the void fraction, improve hardness and other mechanical properties silicon carbide (SiC) filler is added in bamboo fiber reinforced epoxy composites at four different weight percentages (0 wt%, 5 wt%, 10 wt% and 15 wt%) by keeping fiber loading constant (45 wt%). The significant improvement of hardness (from 46 to 57 Hv) at 15 wt%SiC, tensile strength (from 10.48 to 13.44 MPa) at 10 wt% SiC, flexural strength (from 19.93 to 29.53 MPa) at 5 wt%SiC and reduction of void fraction (from 5.69 to 3.91%) at 5 wt%SiC is observed. The results of this study indicate that using particulate filled bamboo fiber reinforced epoxy composites could successfully develop a composite material in terms of high strength and rigidity for light weight applications compared to conventional bamboo composites. Finally, SEM studies were carried out to evaluate fibre/matrix interactions.