Filament wound pressure vessels have been studied for the efficient design tool to consider the variation of fiber angles through-the thickness direction. Filament winding patterns were simulated from semi-geodesic fiber path equation to calculate fiber path on arbitrary surface. Finite element analyses were performed considering fiber angle variation in longitudinal and thickness directions by ABAQUS. For the finite element modeling of the pressure tank, the 3-dimensional layered solid element was utilized. From the stress results of pressure tanks, maximum stress criterion in transverse direction was applied to modify material properties for failed region. In the end of each load increment, resultant layer stresses were compared with a failure criterion and properties were reduced to 1/10 for a failed layer. Results of progressive failure analysis were compared with two experimental data.
In this paper, quasi-static crushing tests of composite circular tubes under axial compression load are conducted to investigate the energy absorption characteristics. Circular tubes used for this experiment are glass/epoxy (GFRP) composite tubes which are fabricated by the filament winding method. One edge of the composite tube is chamfered to reduce the initial peak load and to prevent catastrophic failure during crushing process. Energy absorption characteristics vary significantly according to the constituent materials, fabrication conditions, tube geometry and test condition. In tube geometry, according as inner diameter increase, unstable crush mode is caused by local buckling of delamination, but control of the fiber orientation should help composite tubes get stable crush mode.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2010.05a
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pp.421-427
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2010
This paper is concerned with Anisogrid composite lattice structures whose load bearing shell is formed by systems of geodesic unidirectional composite ribs made by automatic wet winding process. Lattice structures are usually made in the form of cylindrical shell and consist of systems of helical and hoop ribs fabricated by continuous filament winding from carbon and epoxy composites. Design variables of the structure which are the angle of helical ribs, ribs spacings, and cross sectional areas are determined by the method of minimization of satety factors whick is described in the paper. And, fabrication methods and actual experimental results are presented.
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.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6A
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pp.861-872
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2008
Concrete-filled glass fiber reinforced polymer tubes are often used for marine structures with the benefit of good durability and high resistance against corrosion under severe chemical environment. Current research presents results of a comprehensive experimental investigation on the behavior of axially loaded circular concrete-filled glass fiber reinforced polymer tubes. This paper is intended to examine several aspects related to the usage of glass fiber fabrics and filament wound layers used for outer shell of piles subjected to axial compression. The objectives of the study are as follows: (1) to evaluate the effectiveness of filament winding angle of glass fiber layers (2) to evaluate the effect of number of GFRP layers on the ultimate load and ductility of confined concrete (3) to evaluate the effect of loading condition of specimens on the effectiveness of confinement and failure characteristics as well, and (4) to propose a analytical model which describes the stress-strain behavior of the confined concrete. Three different types of glass fiber layers were chosen; fabric layer, ${\pm}45^{\circ}$ filament winding layer, and ${\pm}85^{\circ}$ filament winding layer. They were put together or used independently in the fabrication of tubes. Specimens that have various L:D ratios and different diameters have also been tested. Totally 27 GFRP tube specimens to investigate the tension capacity, and 66 concrete-filled GFRP tube specimens for compression test were prepared and tested. The behavior of the specimens in the axial and transverse directions, failure types were investigated. Analytical model and parameters were suggested to describe the stress-strain behavior of concrete under confinement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.10
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pp.2407-2417
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1993
Thermal deformations and stresses due to temperature changes are the serious problems in cryogenic structures such as the torque tube in a superconducting generator, In this paper, the equations of thermal expansion coefficients expressed only by material properties and winding angles are derived for the filament wound composite tubes. The experimental results of thermal contraction of CFRP tubes are compared with those from theoretical approach. Composite tubes with optimally regulated thermal expansion coefficient are designed on the basis of the study for the torque tube in the superconducting generator with temperature distributions varying from 300K to 4.2 K. The filament winding angle of composites resisting thermal stresses properly is sought by the finite element method using layered shell elements. The results show that the composite tubes designed for the requirements in cryogenic environments can effectively cope with the thermal stress problem.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.04a
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pp.211-214
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2000
Filament wound pressure vessels have been studied for the efficient design tool to consider the variation of fiber angles through-the thickness direction. Filament winding patterns were simulated from semi-geodesic fiber path equation to calculate fiber path on arbitrary surface. Finite element analyses were performed considering fiber angle variation in longitudinal and thickness directions by ABAQUS. For the finite element modeling of the pressure tank, the 3-dimensional layered solid element was utilized. From the stress results of pressure tanks, maximum stress criterion in transverse direction was applied to modify material properties for failed region. In the end of each load increment, resultant layer stresses were compared with a failure criterion and properties were reduced to 1/10 for a failed layer. Results of progressive failure analysis were compared with two experimental data.
In this paper, in order to examine the effect of fiber volume fraction non-uniformity in thickness direction on the buckling load of cylindrical composite lattice structures, we modified the equation of buckling load of the cylindrical composite lattice structures proposed by Vasiliev. The thickness of each layer of the rib was varied by fiber volume fraction, and material properties were applied differently by using the rule of mixture. Also, we performed linear buckling analysis by varying the structure size, thickness, and average value of the fiber volume fraction of finite element model. Finally, by comparing the calculation results of the buckling load of the equivalent model using the modified buckling load equation and the results of the finite element analysis, we found that the fiber volume fraction non-uniformity in thickness direction can reduce the buckling load of the cylindrical composite lattice structure.
A reseach was peformed to develop composite pressure vessels in conjunction with design, fabrication, and test. Fiber pattern and angels were decided by CADFIL software and they were [$liner/15^{\circ}/15^{\circ}/90^{\circ}/18^{\circ}/90^{\circ}/21^{\circ}/21^{\circ}/90^{\circ}$]. Fabrication of bottles were done by 5-axis filament winding machine. During fabrication fiber optic sensors were embedded to measure the strain at points when internal pressure was applied by water pump. Conventional strain gage instrumentation showed the stable test results. The test results were compared to finite element analysis results and they were close each other in strain values. One can see the successful design and fabrication of single boss composite vessels.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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1998.10a
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pp.19-19
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1998
라이너를 포함한 필라멘트 와인딩 복합재 압력용기의 성능향상을 위한 효율적인 구조최적 설계방안을 제시하였다. 이를 위해 온도효과가 고려된 비선형 유한요소법을 이용하여 각 층에서의 응력해석과 파손해석을 수행하였다. 또한 설계변수로 라이너의 두께와 헬리컬 적층두께, 실린더를 따라 변하는 직각 적층두께를 설정하였다. 모든 설계변수들에 대한 강도비 민감도를 유도하였으며 헬리컬 적층두께에 대한 강도비 민감도를 유지하기 위해 측지 등장력 돔설계 방법을 고려하였다. 구조 최적설계결과, 실린더를 따라 직각 적층두께를 최적으로 분포시켜 강성을 효과적으로 배열하였으므로 적층두께를 일정하게 고려한 경우보다 더 경량화 시킬 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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