In this study, as a part of the basic study for the application of optical fiber sensors to smart composite structures, the integrity of optical fiber sensors embedded within the composite structures was examined and then the laser signal transmitted through optical fiber sensors during the deformation of host structures was investigated. Firstly, it was found that bending test could be substituted for tensile test by comparing cumulative failure distribution based on weakest link theory and introducing the correction factor. Weibull parameters were obtained through the experiments and the correction factor was found to be applied to cumulative failure distribution derived from bending test. The integrity of embedded optical fiber sensors due to the thermal effect was evaluated by the comparison of the mean tensile strengths of cured and uncured optical fibers. Secondly, relationships between stress-strain curve obtained in tensile test of composite laminate and the intensity of laser signal transmitted through embedded optical fibers were examined and the possibility of the effective damage detection using optical fiber sensors was studied.
The importance of understanding the response of structural composites to impact and CAI cannot be overstated to develop analytical models for impact damage and CAI strength predictions. This paper presents experimental findings observed from quasi-static lateral load tests, low velocity impact tests. CAI strength and open hole compressive strength tests using 3 mm thick composite plates($[45/-45/0/90]_{3s}$- IM7/8552). The conclusion is drawn that damage areas for both quasi-static lateral load and impact tests are similar and the curves of several drop weight impacts with varying energy levels(between 5.4 J and 18.7 J) follow the static curve well. In addition, at a given energy the peak force is in good agreement between the static and impact cases. It is identified that the failure behaviour of the specimens from the CAI strength tests was very similar to that observed in laminated plates with open holes under compression loading. The residual strengths art: in good agreement with the measured open hole compressive strengths. considering the impact damage site area, an equivalent hole. The experimental findings suggest that simple analytical models for the prediction of impact damage area and CAI strength can be developed on the basis of the failure mechanism observed from the experimental tests.
The two dimensional size effect of specimen gauge section ($length{\;}{\times}{\;}width$) was investigated on the compressive behavior of a T300/924 $\textrm{[}45/-45/0/90\textrm{]}_{3s}$, carbon fiber-epoxy laminate. A modified ICSTM compression test fixture was used together with an anti-buckling device to test 3mm thick specimens with a $30mm{\;}{\times}{\;}30mm,{\;}50mm{\;}{\times}{\;}50mm,{\;}70mm{\;}{\times}{\;}70mm{\;}and{\;}90mm{\;}{\times}{\;}90mm$ gauge length by width section. In all cases failure was sudden and occurred mainly within the gauge length. Post failure examination suggests that $0^{\circ}$ fiber microbuckling is the critical damage mechanism that causes final failure. This is the matrix dominated failure mode and its triggering depends very much on initial fiber waviness. It is suggested that manufacturing process and quality may play a significant role in determining the compressive strength. When the anti-buckling device was used on specimens, it was showed that the compressive strength with the device was slightly greater than that without the device due to surface friction between the specimen and the device by pretoque in bolts of the device. In the analysis result on influence of the anti-buckling device using the finite element method, it was found that the compressive strength with the anti-buckling device by loaded bolts was about 7% higher than actual compressive strength. Additionally, compressive tests on specimen with an open hole were performed. The local stress concentration arising from the hole dominates the strength of the laminate rather than the stresses in the bulk of the material. It is observed that the remote failure stress decreases with increasing hole size and specimen width but is generally well above the value one might predict from the elastic stress concentration factor. This suggests that the material is not ideally brittle and some stress relief occurs around the hole. X-ray radiography reveals that damage in the form of fiber microbuckling and delamination initiates at the edge of the hole at approximately 80% of the failure load and extends stably under increasing load before becoming unstable at a critical length of 2-3mm (depends on specimen geometry). This damage growth and failure are analysed by a linear cohesive zone model. Using the independently measured laminate parameters of unnotched compressive strength and in-plane fracture toughness the model predicts successfully the notched strength as a function of hole size and width.
Recently, the construction industry commonly uses FRP as a reinforcement material because of its material advantages. FRP attached reinforcement has various advantages such as high strength, stiffness, excellent durability and construction practicability comparing to its weight. However, external attachment of FRP is water-tighted with low water permeable material, not draining water, probably causing damages on a permanent structure. The study manufactured it through pultrusion and examined GP(glass fiber panel) of which material-mechanical properties are almost same as the existing FRP but durability and attachment performance are better by stationary experiments, testing load-deflection curve, destruction types and load-deflection relation under repetitive loading test. As a result of 2,000,000 fatigue tests, it did not result in the destruction and showed excellent permanent attachment and durability as it displays significantly low compressive strain of concrete.
In this research, damage behavior of singly oriented ply (SOP) fiber metal laminate (FML) subjected to concentrated load was studied. The static indentation tests were conducted to study fiber orientation effect on damage behavior of FML. During the static indentation tests, acoustic emission technique (AE) was adopted to study damage characteristics of FML. AE signals were obtained by using AE sensor with 150kHz resonance frequency and the signals were compared with indentation curves of FML. The damage process of SOP FML was divided by three parts, i.e., crack initiation, crack propagation, and penetration. The AE characteristics during crack initiation show that the micro crack is initiated at lower ply of the plate, then propagate along the thickness of the plate with creating tiber debonding. The crack grow along the fiber direction with occurring 60∼80dB AE signal. During the penetration, the fiber breakage was observed. As fiber orientation increases, talc fiber breakage occurs more frequently. The AE signal behaviors support these results. Cumulative AE counts could well predict crack initiation and crack propagation and AE amplitude were useful for the prediction of damage failure mode.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.3
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pp.479-489
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1989
The $J_{k}$ integral method for determining mixed mode stress intensity factors separately in the cracked anisotropic plate is developed. Stress intensity factors are indirectly determined from the values of $J_{1}$ and $J_{2}$. The $J_{2}$ integral can be evaluated efficiently from a finite element solution, neglecting the contribution from the portion of the integration contour along the crack faces, by selecting the integration contour in the vicinity of the crack tip. Using functions of a complex variable, the complete relations between $J_{1}$, $J_{2}$ and $K_{I}$ , $K_{II}$ for anisotropic materials are derived conveniently by selecting narrow rectangular contours shrinking to the crack tip. Compared to the existing path independent integral methods, the present method does not involve calculating the auxiliary solution and hence numerical procedures become quite simple. Numerical results to various problems are given and demonstrate the accuracy, stability and versatility of the method.
Park, Byoung-Jik;Shin, Hyun-Jun;Yoo, Yong-Ho;Park, Jin-Ouk;Kim, Hwi-Seong;Kim, Yang-Kyun
Fire Science and Engineering
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v.31
no.6
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pp.33-39
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2017
Composite panel refers to the particular plywood produced in a way of stacking the different kinds of material in sandwich form and adhering them using adhesives and is widely used as building material for its constructability and cost efficiency. But as the surface is finished with steel plate, fire extinguishing agent cannot reach to the core material because of such steel plate on surface which causes the difficulties in suppressing the fire as well as in fire-fighting activities due to collapse. This study, to deal with such problem, is intended to set the fire pipe in core material to prevent the fire from spreading and in a bid to achieve this using minimized fire water, water supply test device was fabricated to estimate the required water flow of fire extinguisher and consequently, optimal water flow (0.5 L/min) was determined through a full-scale fire test.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.3
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pp.611-623
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1998
The delamination fracture of multidirectional carbon-fiber/epoxy laminates under the Mode I condition has been studied using the modified beam analysis for a fracture mechanics approach. It was found that the variation of fracture energy $G_IC$ with increasing length of the propagating crack exhibited a minimum for the pure interlaminar fracture and a maximum for the intraply fracture,i.e. a rising "R-curve", which was strongly affected by the degree of fiber bridging and crack-tip splitting arising in the global delamination. The maximum $G_IC$ value was significantly dependent on such types of delamination as no crack jumping, crack jumping into the adjacent ply and edge-delamination. It was shown also that the value of "effective flexural modulus" estimated from the modified beam analysis increased much with the development of fiber bridging behind the crack tip.ehind the crack tip.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.13
no.4
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pp.16-22
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2004
Shape optimization was performed to obtain the precise shape of cutouts including the internal shape of cutouts in laminated composite plates by three dimensional modeling using solid element. The volume control of the growth-strain method was implemented and the distributed parameter chosen as Tsai-Hill fracture index for shape optimization. The volume control of the growth-strain method makes Tsai-Hill failure index at each element uniform in laminated composites under the initial volume. Then shapes optimized by Tsai-Hill failure index were compared with those of the initial shapes for the various load conditions and cutouts. The following conclusions were obtained in this study (1) It was found that growth-strain method was applied efficiently to shape optimization of three dimensional cutouts in a laminated composite plate, (2) The optimal shapes on the various load conditions and cutouts were obtained, (3) The maximum Tsai-Hill failure index was reduced up to 67% when shape optimization was performed under the initial volume by volume control of growth-strain method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.3
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pp.440-449
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2003
Residual strength of fiber metal laminates after impact was studied. 3/4 lay up FML was fabricated using 4 ply prepreg, 2 ply aluminum sheets, and 1 ply steel sheet. Quasi isotropic ([0/45/90/-45]s) and orthotropic ([0/90/0/90]s) FRP were also fabricated to compare with FML. Impact test were conducted by using instrumented drop weight impact machine (Dynatup, Model 8250). Penetration load and absorbed energy of FML were superior to those of FRPs. Tensile tests were conducted to evaluate the residual strength after impact. Strength degradation of FML was less than that of FRP. This means that the damage tolerance of FML is excellent than that of FRP. Residual strength of each specimen was predicted by using Whitney and Nuismer(WN) Model. Impact damage area is assumed as a circular notch in WN model. Damage width is defined as the average of back face and top face damage width of each specimen. Average stress and point stress criterions were used to calculate the characteristic length. It is supposing that a characteristic length is a constant. The distribution of characteristic length shows that the assumption is reasonable. Prediction was well matched with experiment under both stress criterions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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