Smart sensors and actuators have recently been developed. In this study, first, small-diameter fiber Bragg grating (FBG) sensors developed by the author, whose cladding and polyimide coating diameters were 40 and $52{\mu}m$, respectively, were embedded inside a laminate without resin-rich regions around sensors and the deterioration of mechanical properties of the composite laminate. The small-diameter FBG sensor was embedded in $0^{\circ}$ ply of a CFRP laminate for the detection of transverse cracks in $90^{\circ}$ ply of the laminate. The reflection spectra from the FBG sensor were measured at various tensile stresses. The spectrum became broad and had some peaks with an increase of the transverse crack density. Furthermore, the theoretical calculation reproduced the change in the spectrum very well. These results show that the small-diameter FBG sensors have a potential to detect the occurrence of transverse cracks through the change in the form of the spectrum, and to evaluate the transverse crack density quantitatively by the spectrum width. On the other hand, shape memory alloy (SMA) films were used to suppress the initiation and growth of transverse cracks in CFRP laminates. Pre-strained SMA films were embedded between laminas in CFRP laminates and then heated to introduce the recovery stress in SMA films and compressive stresses in the weakest plies ($90^{\circ}$ ply). The effects of recovery stresses are demonstrated in the experiments and well predicted using the shear-lag analysis and the nonlinear constitutive equation of SMA films.
Khodjet-Kesba, M.;Benkhedda, A.;Adda Bedia, E.A.;Boukert, B.
Structural Engineering and Mechanics
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v.67
no.2
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pp.165-173
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2018
A simple predicted model using a modified Shear-lag method was used to represent the moisture absorption effect on the stiffness degradation for $[0/90]_{2s}$ composite laminates with transverse cracks and under flexural loading. Good agreement is obtained by comparing the prediction model and experimental data published by Smith and Ogin (2000). The material properties of the composite are affected by the variation of temperature and moisture absorption. The transient and non-uniform moisture concentration distribution give rise to the transient elastic moduli of cracked composite laminates. The hygrothermal effect is taken into account to assess the changes in the normalised axial and flexural modulus due to transverse crack. The obtained results represent well the dependence of the stiffness properties degradation on the cracks density, moisture absorption and operational temperature. The composite laminate with transverse crack loaded in axial tension is more affected by the hygrothermal condition than the one under flexural loading. Through this theoretical study, we hope to contribute to the understanding of the moisture absorption on the composite materials with matrix cracking.
Kim, Ji-Hyun;Yang, Tae-Young;Lee, Yoon-Bok;Yoon, Seog-Young;Park, Hong-Chae
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.39
no.5
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pp.484-489
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2002
Hot-pressure sintered laminar composites with alumina/zirconia or mullite/zirconia as an outer layer and alumina/zircon (resulting in reaction-bonded mullite/zirconia during sintering) as an inner layer were fabricated by tape casting and lamination. Various forms of crack were observed in sintered laminar composites, these cracks included channel cracks in the outer layer, transverse cracks in the inner layer and interface cracks debonding interlayer. Based on detailed microscopic observations, the cracks were attributed to thermal expansion mismatch between the oxides consisting of the each layer. In particular, the interlayer and transverse cracks were confirmed in the laminates consisted of the mullite/zirconia system as the outer layers, however, those cracks were not observed in the alumina/zirconia system used. In addition, the crack propagation did not exhibit same behavior in the two kinds of outer layer when the indentation load was applied.
Bae, Sung Geun;Choi, Seongcheol;Jang, Seung Yup;Cha, Soo Won
Journal of the Korean Society for Railway
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v.17
no.5
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pp.355-364
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2014
The restrained volume changes of concrete due to variations of temperature and moisture produce transverse cracks in continuously reinforced concrete tracks (CRCTs). Such cracks are known to significantly affect the behaviors and long-term performance of CRCT. To investigate the effects of the transverse cracks on the behavior of CRCT and to develop more reasonable maintenance standards for cracks, in this study, the stress distribution of the track concrete layers (TCL) and the hydraulically stabilized base course (HSB) with transverse cracks were numerically predicted by a three dimensional finite element analysis when CRCT was subjected to train loads. The results indicate that the bending stresses of TCL and vertical stresses at the interfaces between TCL and HSB increased as the cracks were deepened. In addition, vertical stresses were locally concentrated near reinforcing steel in cracks in TCL when full-depth cracks developed, which may lead to punch-outs in CRCTs. Comparably, the effects of crack width and spacing were not as significant as crack depth. This study indicates that ensuring the long-term performance of CRCTs requires adequate maintenance not only for crack width and spacing but also for crack depth. Our results also show that locating HSB joints between sleepers is beneficial to the long-term performance of CRCTs.
Kesba, Mohamed Khodjet;Benkhedda, A.;Adda bedia, E.A.;Boukert, B.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.6
no.4
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pp.315-331
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2019
The stiffness degradation of the cross-ply composite laminates containing a transverse cracking and delamination in $90^{\circ}$ layer is predicted by using a modified shear-lag model by introducing the stress perturbation function. The prediction shows better agreement with the experimental results published by Ogihara and Takeda 1995, especially for laminates with thicker $90^{\circ}$ plies in which extensive delamination occurs. A homogenised analytic model for average transient moisture uptake in composite laminates containing periodically distributed matrix cracks and delamination is presented. It is shown that the model well describes the moisture absorption in a cross-ply composite laminate containing periodically distributed transverse matrix cracks in the $90^{\circ}$ plies. The obtained results represent well the dependence of the stiffness degradation on the crack density, thickness ratio and moisture absorption. The present study has proved to be important to the understanding of the degradation of the material propertiesin the failure process when the laminates in which the delamination grows extensively.
In this paper, the effect of matrix cracks on the buckling of a hybrid laminated plate is investigated. The plate is composed of carbon nanotube reinforced functionally graded (CNTR-FG) layers and conventional fiber reinforced composite (FRC) layers. Different distributions of single walled carbon nanotubes (SWCNTs) through the thickness of layers are considered. The cracks are modeled as aligned slit cracks across the ply thickness and transverse to the laminate plane, and the distribution of cracks is assumed statistically homogeneous corresponding to an average crack density. The first-order shear deformation theory (FSDT) is employed to incorporate the effects of rotary inertia and transverse shear deformation, and the meshless kp-Ritz method is used to obtain the buckling solutions. Detailed parametric studies are conducted to investigate the effects of matrix crack density, CNTs distributions, CNT volume fraction, plate aspect ratio and plate length-to-thickness ratio, boundary conditions and number of layers on buckling behaviors of hybrid laminated plates containing CNTR-FG layers.
The transverse crack, a type of cold crack, occurs perpendicular to the axis of the weld interface, longitudinal residual stresses ($\sigma$k direction) are more important in transverse crack occurrence from my own experience. Specimens were fabricated and welded under actual construction conditions, and then residual stresses of longitudinal stresses were measured for different welding conditions with SAW and FCAW process. The residual stress values for the specimen welded Interpass temperature below 30$^{\circ}C$ was higher than the specimen welded interpass temperature of 100~120$^{\circ}C$. And also the residual stress values for a specimen measured at weld surface, as welded condition, was higher than that of longitudinal residual stresses that was measured from a small test piece, due to the residual stress was relieved in the process of the cutting and machining. Transverse weld cracks were detected in the area of the maximum residual stresses both SAW and FCAW process.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1998.10b
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pp.633-636
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1998
The use of concrete pavements is increasing by virtue of durability and excellent load resisting capacity. But cracks and demage in concrete pavements may be occurred by continuous reciclic load, as time goes by. Therefore, transverser contraction joints are constructed in concrete pavements to relieve tensile stresses, and when properly spaced they control the location of transverse cracks.
Free vibration characteristics of a cantilevered laminated composite beam with multiple non-propagating transverse open cracks are investigated. In the present analysis a special ply-angle distribution referred to as asymmetric stiffness configuration inducing the elastic coupling between chord-wise bending and extension is considered. The multiple open cracks are modelled as equivalent rotational springs whose spring constants are calculated based on the fracture mechanics of composite material structures. Governing equations of a composite beam with open cracks are derived via Hamilton's Principle and Timoshenko beam theory encompassing transverse shear and rotary inertia effect is adopted. The effects of various parameters such as the ply angle, fiber volume fraction, crack numbers, crack positions and crack depthes on the free vibration characteristics of the beam with multiple cracks are highlighted. The numerical results show that the existence of the multiple cracks in an anisotropic composite beam affects the free vibration characteristics in a more complex fashion compared with the beam with a single crack.
Domingo, Laura Montalban;Giner, Beatriz Baydal;Martin, Clara Zamorano;Herraiz, Julia I. Real
Structural Engineering and Mechanics
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v.52
no.5
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pp.1019-1032
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2014
Rails are key elements in railway superstructure since these elements receive directly the train load transmitted by the wheels. Simultaneously, rails must provide effective stress transference to the rest of the track elements. This track element often deteriorates as a consequence of the vehicle passing or manufacturing imperfections that cause in rail several defects. Among these rail defects, transverse cracks highlights and are considered a severe pathology because they can suddenly trigger the rail failure. This study is focused on UIC-60 rails with transverse cracks. A 3-D FEM model is developed in ANSYS for the flawless rail in which conditions simulating the crack presence are implemented. To account for the inertia loss of the rail as a consequence of the cracking, a reduction of the bending stiffness of the rail is considered. The numerical models have been calibrated using the first four bending vibration modes in terms of frequencies. These vibration frequencies have been obtained using the Experimental Modal Analysis technique, studying the changes in the modal parameters of the rails induced by the crack and comparing the results obtained by the model with experimental results. Finally, the calibrated and validated models for the single rail have been implemented in a complete railway ballasted track FEM model in order to study the static influence of the cracks on the rail deflection caused by a load passing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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