Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.10
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pp.10-20
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2003
In this study, the effective properties were numerically calculated for laminated plain weave textile composites with arbitrary s tacking orientation angles. A single-field macroelement with modified sub-domain integration was used in the analysis to reduce computer resource requirement while efficiently accounting for the internal microstructure. A sample calculation procedure based on the Monte Carlo method was employed to consider the random shift between the layers. Results showed that a significant deviation occurred when the orientation angles were near 0 deg for extensional modulus and Poisson's ratio and 45 deg for the shear modulus. It was also found that the average properties calculated by the 2-layer numerical specimen had large differences compared to the CLT results, which indicated that a caution must be needed when designig of thin plain weave composite structures.
In this study, geometric modeling and finite element analysis of 3-dimensional plain weave composite unit cell consisting of 3 interlaced fiber tows and resin pocket were performed to predict effective properties. First, tow properties were obtained from micro-mechanics finite element unit cell analysis, which were then used in the meso-mechanics analysis. The effective properties were obtained from a series of unit cell analyses simulating uniaxial tensile and shear tests. Analysis results were compared to the analysis and experimental results in the literature. Various crimp angles were considered and the effect on the effective properties was investigated. Initial failure strengths and failure sequence were also examined.
The strength of glass/epoxy fabric joints under pin-loading is estimated based on the characteristics length method and experiment. To investigate the effect of finite element idealization for the contact between pin and laminate, three modeling cases are analyzed; assuming the cosine load distribution around the contact area, constraining the radial displacement at the hole boundary, and using the contact element. To study the effect of failure criteria, Tsai-Wu and Yamada-Sun methods are applied on the characteristic curve. The results of the nonlinear analysis using the contact element showed good agrements with experimental data in both laminates made of uni-directional prepreg tapes and fabrics. In terms of failure criteria, Tsai-Wu method showed better agreement with experimental results than the one by Yamada-Sun laminate.
In this paper, statistical treatments of effective properties for plain weave textile composites were presented. Configurations up to 32 layers with varied stacking phase shifts were considered. Effective properties were calculated by numerical simulation in which uni-axial tensile and shear load were applied at unit cell. Sample analysis was utilized to consider the inherent randomness in the phase shift and the results were treated statistically. It was found that effective properties were dependent on stacking phase shifts for thin plain weave textile composites. The distribution of $E_{xx}$ and $V_{xy}$ were skewed and the range of possible values was relatively large. As the number of layers increased, however, the distribution width became narrower and mean values converged. In contrast, $G_{xy}$ was not affected by phase shifts and thickness changes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.6
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pp.717-723
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2010
Many researchers have studied woven fabric carbon-fiber-reinforced composite (CFRP) materials but the study of fatigue crack propagation in composites has been insufficient. It has known that the crack propagation behavior differs depending on the load and the fiber direction. In this study, the fatigue crack propagation along two different fiber array directions ($0^{\circ}$, $45^{\circ}$) in plain woven CFRP composite was investigated. Fatigue crack propagation tests were conducted on the woven CFRP composite under a sinusoidal waveform load with stress ratios of 0.1 at a frequency of 10 Hz. Once the results of the tests were obtained, fatigue crack propagation rates (da/dN) were plotted against the energy release rate amplitude (${\Delta}G$), and it was observed that either mode I crack propagation or mixed mode crack propagation occurs depending on the fiber array direction.
In this paper, finite thickness and tow phase effects on the mechanical behavior were studied numerically for plain weave textile composites. Unit cell analysis based on a superposition method was employed to simulate uniaxial tensile loading condition and macro-element post-processor was used to reduce computer resource requirement. The effective moduli and micro-stress distribution were calculated for finite thick plain weave composites with phase shifts. Single layer and infinitely thick configurations were also considered for comparison.
In th is paper. the low degree of homogeneity issue in the effective modulus was studied for plain weave textile composites. Unit cell analyses were performed using multi-field macroelements. The effective moduli were calculated for finite and infinite configurations and the statistics assessment of the results was presented. Results indicated that the effective modulus of plain weave textile composites depended strongly on the fiber tow phase shift angles and the number of layers. As the number of layers increased, however, the distribution of the modulus showed concentration and higher degrees of homogeneity was attained.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.11
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pp.941-948
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2016
Textile composite materials have been widely applied in aerospace structures due to their various advantages such as high specific stiffnesses and strengths, better out-of-plane performances, impact and delamination resistances, and net shape fabrications. In this paper, a modified geometric model of repeating unit cell (RUC) is suggested based on the Naik's model for 2D plain weave textile composites. The RUC geometry is defined by various parameters. The proposed model considers another parameter which is a gap length between adjacent yarns. The effective stiffnesses are predicted by using the yarn slicing technique and stress averaging technique based on iso-strain assumption. And the stiffnesses of RUC are evaluated by adjusting the gap ratio and verified by comparing with Naik's model and experimental data for 2D plain weave composite specimens.
Park, Soon-Cheol;Kang, Sung-Su;Kim, Gug-Yong;Choi, Jung-Hun
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.8
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pp.862-868
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2013
The mechanics of woven fabric-based laminated composites is complex. Then, many researchers have studied woven fabric CFRP materials but fracture resistance behaviors for composites have not been still standardized. It also shows the different behavior according to load and fiber direction. Therefore, there is a need to consider fracture resistance behavior in conformity with load and fiber direction at designing structure using woven CFRP materials. In this study, therefore, the tensile strength and resistance for plain-weave CFRP composite materials were investigated under various different angle condition(load to fiber angle: $0^{\circ}$, $15^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$). Tensile strength and fracture toughness tests were carried out under mode I transverse crack opening load by using compact tension specimens.
In this paper, geometrically non-linear finite element analyses were performed to study the mechanical behavior of the material system of the envelope of stratospheric airships. The microstructure of the load-bearing plain weave layer was identified and modeled. The Updated Lagrangian formulation was employed to consider the geometric non-linearity as well as the induced structural non-linearity for the fiber tows. The stress-strain behavior was predicted and the effective elastic modulus was calculated by numerical experiments. It was found the non-linear stress-strain curves were largely different from those by linear analysis. And non-linear elastic moduli were much higher than linear elastic moduli. The difference was more distinguishable when the tow waviness ratio was smaller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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