Hyunsoo Hong;Wonki Kim;Do Yoon Jeon;Kwanho Lee;Seong Su Kim
Composites Research
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v.36
no.1
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pp.48-52
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2023
Fiber-reinforced composites have anisotropic material properties, so the mechanical properties of composite structures can vary depending on the stacking sequence. Therefore, it is essential to design the proper stacking sequence of composite structures according to the functional requirements. However, depending on the manufacturing condition or the shape of the structure, there are many cases where the designed stacking angle is out of range, which can affect structural performance. Accordingly, it is important to analyze the stacking angle in order to confirm that the composite structure is correctly fabricated as designed. In this study, the stacking angle was predicted from real cross-sectional images of fiber-reinforced composites using convolutional neural network (CNN)-based deep learning. Carbon fiber-reinforced composite specimens with several stacking angles were fabricated and their cross-sections were photographed on a micro-scale using an optical microscope. The training was performed for a CNN-based deep learning model using the cross-sectional image data of the composite specimens. As a result, the stacking angle can be predicted from the actual cross-sectional image of the fiber-reinforced composite with high accuracy.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.12
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pp.1021-1026
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2016
In this study, crack resistance is evaluated by the crack tip opening angle (CTOA) using a wedge splitting test (WST) on a viscoelastic particulate reinforced composite based on an HTPB binder. Generally, CTOA, as a function of crack extension, is used in order to determinate fracture resistance and has a steady state relative angle. Digital image correlation (DIC) is used to measure the crack tip opening displacement (CTOD) and crack extension for the critical crack tip opening angle (CTOAc). In these results, the CTOAc value of a particulate reinforced composite tends to approach a constant angle after a small amount of crack extension. The CTOAc value increases with decreasing temperature, from $50^{\circ}C$ to $-40^{\circ}C$. These CTOAc values may be used to measure fracture mechanics parameters for particulate reinforced composite.
In this study, the inhomogeneous material composed of CFRP(carbon fiber reinforced plastic) and structural metal of SM45C is used for the light material. The finite element analysis on the basis of compact tension test was carried out by using the composite material for sandwich type bonded with the unidirectional CFRP that differs in fiber stacking angle at both sides with the core of SM 45C. CT test is the representative method to confirm the fracture behaviour due to crack in material under the load. The effect on crack and hole must be investigated in order to apply inhomogeneous material to mechanical structure. As the result of this study, the fracture behaviour by CT test of the composite material for sandwich was studied by simulation analysis. The sandwich composite of unidirectional CFRP with the stacking angle of [0/60/-60/0] has the superior strength and the maximum equivalent stress of about 182GPa.Also, the esthetic sense can be shown as the designed factor of shape with composite material is grafted onto the convergence technique.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.8
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pp.881-887
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2012
CFRP composite materials have been widely used in various fields of engineering because of their excellent properties. They show high specific stiffness and specific strength compared with metallic materiasl. Woven CFRP composite materials are fabricated from carbon fibers with two orientation angles ($0^{\circ}/90^{\circ}$), which influences the mechanical properties. Therefore, woven CFRP composite materials show different types of fracture behavior according to the load direction. Therefore, the fracture behavior of these materials needs to be evaluated according to the load direction when designing structures using these materials. In this study, we evaluate the fracture strength of plain-woven CFRP composite materials according to the load direction. We performed tests for six different angles (load direction: $0^{\circ}/90^{\circ}$, $30^{\circ}/-60^{\circ}$, $+45^{\circ}/-45^{\circ}$) and estimated the fracture strength for an arbitrary fiber angle by using the modified Tan's theory and harmonic function.
In recent years the development of high modulus, high strength and low density boron and graphite fibers bonded together has brought renewed interestes in structural elements. When a plate with arbitrarily oriented layers and clamped boundary conditions is subjected to uniform loading, it is difficult to analyze and apply, compared with isotropic and orthotropic cases. Therefore the numerical methods, such as finite difference method or finite element method, should be emloyed to analyse such problems. In this study the finite difference technique is used to formulate the bending analysis of symmetric composite laminated skew plates. When this technique is used to solve the problem, it is desirable to reduce the order of the derivatives in order to minimize the number of the pivotal points involved in each equation. The 4th order partial differential equations of laminated skew plates are converted to an equivalent three of 2nd order partial differential equations with three dependant variables.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.9
no.2
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pp.291-297
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2008
The solid particle erosion behaviour of unidirectional carbon fiber reinforced plastic (CFRP) composites was investigated. The erosive wear of these composites was evaluated at different impingement angles ($30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$, $90^{\circ}$), different impact velocities (40, 55, 60, 70m/s) and at three different fiber orientations ($0^{\circ}$, $45^{\circ}$, $90^{\circ}$). The erodent was SiC sand with the size $50-100{\mu}m$ of irregula. shapes. The result showed ductile erosion behaviour with maximum erosion rate at $30^{\circ}$ impingement angle. The fiber orientations had a significant influence on erosion. The erosion rate was strongly dependent on impact velocity which followed power law $E{\propto}\;V^n$. Based on impact velocity (V), impact angle (${\alpha}$) and fiber orientation angle (${\beta}$), a method was proposed to predict the erosion rate of unidirectional fiber reinforced composites.
Due to the high specific strength and stiffness of the composite materials, the composite materials have been extensively used in various industries. In particular, carbon fiber reinforced composites are widely used in many mechanical structures. In addition, since carbon fiber reinforced composites have anisotropic properties, to understand the fatigue behavior of composites with different fiber orientation is very important for the efficient structural design. Therefore, in this paper, the effect fiber orientation on the fatigue life of composite materials was experimentally evaluated. For this purpose, tensile and fatigue tests were performed on the off-axis specimens (0°, 10°, 30°, 45°, 60°, 90°) of the composite materials. As a result of the fatigue tests, the fatigue strength of the composites decreased significantly as the fatigue strength slightly deviated from 0 degrees. On the other hand, the more deviated, the less decreased. This is because the role of supporting the load of fibers decreased as the stacking angle increased. In addition, the fatigue behavior was analyzed by introducing a fatigue strength ratio (Ψ) that eliminates the fiber orientation dependence of the off-axis fatigue behaviors on the unidirectional composites. The off-axis fatigue S-N lines can be reduced to a single line regardless of the fiber orientation by using the fatigue strength ratio (Ψ). Using the fatigue Ψ-N line, it is possible to extract back to any off-axis fatigue S-N lines of the composites with different fiber orientations.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.10a
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pp.224-227
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2004
A computer program for composite pressure vtlssel design is developed. In-puts are : material-property(young's modulus, shear modulus, tensile strength, poisson's ratio, density), operating pressure, burst pressure, liner thickness, boss diameter, boss weight and number of helical angles. Out-puts are; thickness of each layer, weight of the vessel, dimension of the vessel, inner volume, dome-shape and helical winding angle. Also filament winding angles can be selected various kinds of utilizing virtual boss diameter.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.8
no.2
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pp.169-175
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2004
In this paper, the stability of cantilever composite laminated structures with open channel section is studied. This paper deals with the buckling behavior under the variation of the geometrical shape (length ratio, crank angle in the open channel section), the fiber reinforced angle, and so on in order to offer a effective and reliable design data. Also, sensitive analyses are carried out on the stability by the interaction of design factors. Based on this fact, the proper channel section and lamination scheme of composite material cantilever structures are considered in the engineering aspect.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.1
no.2
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pp.36-43
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2010
In this study, the buckling loads and mode shapes characteristic of circular and non-circular(elliptical) closed composite shells were analyzed. To analyses the buckling behaviors, we develop and report an improved generalized shell element called 4EAS-FS through a combination of enhanced assumed strain and the substitute shear strain fields. A flat shell element has been developed by combining membrane element with drilling degree-of-freedom and a plate bending element. The combined influences of length, thicknesses, cross-sectional parameters, and fiber-angle on the critical buckling loads and mode shapes of circular and non-circular(elliptical) closed shells are examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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