Kim, Do-Won;Jeong, Gyu;Lim, Jae Hyuk;Lim, Jun-Woo;Yu, Byeong-Min;Lee, Kil-Sung
Journal of Aerospace System Engineering
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v.12
no.2
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pp.66-75
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2018
In this paper, a lightweight design of the spar cap of 2MW wind turbine blade was carried out using the ply reduction ratio (PRR) and CFRP with a trade-off study. The spar cap is one of the most critical factor in determining the mechanical performance of the blade. Tsai-Wu and Puck fracture theory were used to determine the fracture. As a result, the CFRP composite material could be lighter in terms of weight by about 30% than GFRP composite material under the same conditions. Based on the analytical results, we derive the optimal value of the laminate thickness of the composite material and present the structural performance improvement and the lightweight design result.
Mousavi, S.M.;Alavi, A.H.;Gandomi, A.H.;Esmaeili, M. Arab;Gandomi, M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.36
no.6
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pp.759-783
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2010
In this paper, compressive strength of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) confined concrete cylinders is formulated using a hybrid method coupling genetic programming (GP) and simulated annealing (SA), called GP/SA, and a robust variant of GP, namely multi expression programming (MEP). Straightforward GP/SA and MEP-based prediction equations are derived for the compressive strength of CFRP-wrapped concrete cylinders. The models are constructed using two sets of predictor variables. The first set comprises diameter of concrete cylinder, unconfined concrete strength, tensile strength of CFRP laminate, and total thickness of CFRP layer. The most widely used parameters of unconfined concrete strength and ultimate confinement pressure are included in the second set. The models are developed based on the experimental results obtained from the literature. To verify the applicability of the proposed models, they are employed to estimate the compressive strength of parts of test results that were not included in the modeling process. A sensitivity analysis is carried out to determine the contributions of the parameters affecting the compressive strength. For more verification, a parametric study is carried out and the trends of the results are confirmed via some previous studies. The GP/SA and MEP models are able to predict the ultimate compressive strength with an acceptable level of accuracy. The proposed models perform superior than several CFRP confinement models found in the literature. The derived models are particularly valuable for pre-design purposes.
Phase transition in ferroelectric polymer is very interesting behavior and has been widely studied for real device applications, such as actuators and sensors. Through the phase transition, there is structural change resulting in the change of electrical and optical properties. In this study, we fabricated the Febry-Perot interferometer with the thin film of ferroelectric P(VDF-TrFE) 50/50 mol% copolymer, and thermo-optical properties were investigated. The effective thermo-optical coefficient of P(VDF-TrFE) was obtained as $2.3{\sim}3.8{\times}10^{-4}/K$ in the ferroelectric temperature region ($45^{\circ}C{\sim}65^{\circ}C$) and $6.0{\times}10^{-4}/K$ in the phase transition temperature region ($65^{\circ}C{\sim}85^{\circ}C$), which is a larger than optical silica-fiber and PMMA. The resonance transmission peak of P(VDF-TrFE) with the variation of temperature showed hysteretic variation and the phase transition temperature of the polymer in heating condition was higher than in the cooling condition. The elimination of the hysteretic phase transition of P(VDF-TrFE) is necessary for practical applications of optical devices.
Fiber reinforced polymer (FRP) bars have been recently used to reinforce concrete members in flexure due to their high tensile strength and especially in corrosive environments to improve the durability of concrete structures. However, FRPs have a low modulus of elasticity and a linear elastic behavior up to rupture, thus reinforced concrete (RC) components with such materials would exhibit a less ductility in comparison with steel reinforcement at the similar members. There were several studies showed the behavior of concrete beams with the hybrid combination of steel and FRP longitudinal reinforcement by adopting the experimental and numerical programs. The current study presents a numerical and analytical investigation based on the data of previous researches. Three-dimensional (3D) finite element (FE) models of beams by using ANSYS are built and investigated. In addition, this study also discusses on the design methods for hybrid FRP-steel beams in terms of ultimate moment capacity, load-deflection response, crack width, and ductility. The effects of the reinforcement ratio, concrete compressive strength, arrangement of reinforcement, and the length of FRP bars on the mechanical performance of hybrid beams are considered as a parametric study by means of FE method. The results obtained from this study are compared and verified with the experimental and numerical data of the literature. This study provides insight into the mechanical performances of hybrid FRP-steel RC beams, builds the reliable FE models which can be used to predict the structural behavior of hybrid RC beams, offers a rational design method together with an useful database to evaluate the ductility for concrete beams with the combination of FRP and steel reinforcement, and motivates the further development in the future research by applying parametric study.
Kang, Ki-Weon;Kim, Young-Soo;Lee, Mee-Hae;Choi, Rin
Journal of the Korean Society of Safety
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v.20
no.4
s.72
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pp.14-19
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2005
One area in which composites have been used rather extensively is for fabricating pressure vessel. These structures can be readily manufactured by filament winding, which is, as far as composite fabrication techniques are concerned, a relatively inexpensive method for producing composite structures. Unfortunately, the higher strength material and fabrication costs are not the only disadvantages of fiber-reinforced polymer composites when they are compared to metals. Additionally, these materials tend to exhibit brittle behavior. This is of particular concern when they are subjected to a low-velocity impact during routine handling a significant amount of structural damage can be introduced into the composites. The goals of this paper are to understand the impact damage behavior and identify the effect of surface coating materials on impact resistance in filament wound composite pressure vessels. For these, a series of low velocity impact tests was performed on specimens cutting from the full scale pressure vessel by the instrumented impact testing machine. The specimens are classified into two types with and without surface protective material. The visualization for impact damage is made by metallurgical microscope. Based on the impact force history and damage, the resistance parameters were employed and its validity in identifying the damage resistance of pressure vessel was reviewed. As the results, the impact resistance of the filament wound composites and its dependency on the protective material were evaluated quantitatively.
Shahraki, Mehdi;Sohrabi, Mohammad Reza;Azizyan, Gholam Reza;Narmashiri, Kambiz
Structural Engineering and Mechanics
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v.67
no.2
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pp.207-217
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2018
In past years, numerous problems have vexed engineers with regard to buckling, corrosion, bending, and overloading in damaged steel structures. This article sets out to investigate the possible effects of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) and steel plates for retrofitting deficient steel square hollow section (SHS) columns. The effects of axial loading, stiffness, axial displacement, the position and shape of deficient region on the length of steel SHS columns, and slenderness ratio are examined through a detailed parametric study. A total of 14 specimens was tested for failure under axial compression in a laboratory and simulated using finite element (FE) analysis based on a numerical approach. The results indicate that the application of CFRP sheets and steel plates also caused a reduction in stress in the damaged region and prevented or retarded local deformation around the deficiency. The findings showed that a deficiency leads to reduced load-carrying capacity of steel SHS columns and the retrofitting method is responsible for the increase in the load-bearing capacity of the steel columns. Finally, this research showed that the CFRP performed better than steel plates in compensating the axial force caused by the cross-section reduction due to the problems associated with the use of steel plates, such as in welding, increased weight, thermal stress around the welding location, and the possibility of creating another deficiency by welding.
In this study, a new retrofitting method for improving the seismic performance of reinforced concrete column was presented, in which prestressed steel strips were utilized as retrofitting stuff to confine the reinforced concrete column transversely. In order to figure out the seismic performance of concrete column specimen retrofitted by such prestressed steel strips methods, a series of quasi-static tests of five retrofitted specimens and two unconfined column specimen which acted as control specimens were conducted. Based on the test results, the seismic performance including the failure modes, hysteresis performance, ductility performance, energy dissipation and stiffness degradation of all these specimens were fully investigated and analyzed. And furthermore the influences of some key parameters such as the axial force ratios, shear span ratios and steel strips spacing on seismic performance of those retrofitted reinforced concrete column specimens were also studied. It was shown that the prestressed steel strips provided large transverse confining effect on reinforced concrete column specimens, which resulted in improving the shearing bearing capacity, ductility performance, deformation capacity and energy dissipation performance of retrofitted specimens effectively. In comparison to the specimen which was retrofitted by the carbon fiber reinforced plastics (CFRP) strips method, the seismic performance of the specimens retrofitted by the prestressed steel strips was a bit better, and with much less cost both in material and labor. From this research results, it can be concluded that this new retrofitting method is really useful and has significant advantages both in saving money and time over some other retrofitting methods.
In the context of Sustainable development, China, the world's second-largest apparel market, is also concerned about the environmental impact of fiber waste. Currently, there is a great interest in sustainable fashion in both supply and demand in China. Based on the theory of planned behavior(TPB), the determinants of sustainable fashion consumption(SFC) of Chinese consumers were evaluated in this study: man-nature orientation(MNO) and environmental knowledge(EK) as motivation and perceived online-store accessibility(POA) and perceived money availability(PMA) as barriers. Wenjuanxing, a Chinese professional survey collection agency, conducted an online survey of millennials in Shanghai, China. The final sample size for the survey was 215. Partial least squares structural equation modeling was employed to test the proposed hypotheses. The results indicated that attitudes, subjective norms, and perceived behavioral control significantly affected the purchase intention towards sustainable fashion products. MNO and EK influenced the attitude, whereas EK, POA, and PMA influenced perceived behavioral control. This study contributes to the TPB literature through the examination of four antecedents: MNO, EK, POA, and PMA. The findings provide valuable insights for retailers and markets based on the identification of the motivations and barriers that enhance the purchasing intention of Chinese millennials toward SFC.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.37
no.2
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pp.36-42
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2018
Recently, silk sericin has attracted attention because of its unique properties as a biomaterial, including its UV resistance, moisturizing effect on skin, and wound-healing effect. Therefore, the preparation of sericin in various forms such as gel, film, fiber, and sponge is studied for cosmetic and biomedical applications, and the effect of the preparation conditions on the structure and properties of sericin forms is examined to maximize its performance. In this study, silk sericin films were prepared under different preparation conditions and heat-treated at high temperatures ($100-250^{\circ}C$) to examine the effect of heat treatment on the film structure. The order of the crystallinity index of the untreated sericin film is as follows: F25 (sericin film cast from formic acid) > WE25 (ethanol treated sericin film cast from water at $250^{\circ}C$) > W25 (sericin film cast from water at $250^{\circ}C$) > W100 (sericin film cast from water at $100^{\circ}C$). As the heat-treatment temperature was increased, the color of the sericin films changed gradually from colorless to yellow, brown, and black depending on the temperature. The crystallinity of the sericin film changed after the heat treatment, depending on the preparation condition. Whereas a sericin film cast from formic acid (F25) started to lose its crystallinity at $200^{\circ}C$, thus undergoing the highest loss of crystallinity among the sericin films studied, the rest (W25, WE25, and W100) showed a decrease in crystallinity at $250^{\circ}C$, owing to the disruption of the ${\beta}$-sheet crystallites due to heat.
This study evaluated the multi-bonding performances of timbers as well as those of reinforcement and timber to obtain data for preparing guidelines regarding the use of timbers as large structural members. For the multi-bonding performances of timbers, four types of bonding surfaces were prepared according to the pith position. For the bonding performances of FRP (fiber-reinforced plastic)/steel plate and timber, a total of 11 types of specimens were produced for the selection of the appropriate adhesive. The bonding performances of the produced specimens were evaluated through a water soaking delamination test, a water boiling delamination test, and a block shear strength test. The test results showed that the bonding strength of the bonding surface according to the pith position was highest in the specimen for which the two sections with the pith at the center of the cross-section on timber and between the bonding surfaces (the tangential and radial sections were mixed) were bonded. Furthermore, the specimens for which the section (radial section) with the pith on the bonding surface of the timber was bonded showed a high delamination percentage. The results of the block shear strength test showed that the bonding section did not have a significant effect on the shear strength, and that the measured wood failure percentage was higher than the KS standard value. The PVAc adhesive showed the highest bonding strength between larix timber and GFRP (glass FRP). Furthermore, the epoxy and polyurethane adhesives showed good bonding strength for CFRP (carbon FRP) and structure steel, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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