In the present study an elastic-plastic strain analysis is carried out for fibrous composites by using numerical modeling. Application of homogeneous transversely-isotropic model was chosen based on problem solution of a square plate with a circular hole under uniaxial tension. The results obtained in this study correspond to the solution of fiber model trial problem, as well as to analytical solution. Further, numerical algorithm and software has been developed, based on simplified theory of small elastic strains for transversely-isotropic bodies, and FEM. The influence of holes and cracks on stress state of complicated configuration transversely-isotropic bodies has been studied. Strain curves and plasticity zones that are formed in vicinity of the concentrators has been provided. Numerical values of effective mechanical parameters calculated for unidirectional composites at different ratios of fiber volume content and matrix. Content volume proportions of fibers and matrix defined for fibrous composite material that enables to behave as elastic-plastic body or as a brittle material. The influences of the fibrous structure on stress concentration in vicinity of holes on boron/aluminum D16, used as an example.
In this study, the optimized design for 130 liter storage fuel tank with 70MPa filling pressure has been investigated using a FEM technique and Taguchi design method. The strength safety of a composite fuel tank in which is fabricated by an aluminum liner of 6061-T6 material and carbon fiber wound composite layers of T800-24K has been analyzed based on the criterion of design safety of US DOT-CFFC and Korean Standard. The FEM computed results on the stress safety of 70MPa hydrogen gas tank were compared with a criterion of a stress ratio, 2.4 of US DOT-CFFC and Korean Standard, and indicated the safety. Thus, the optimized design elements based on the Taguchi's method were recommended as an aluminum liner thickness of 6.4mm, a carbon fiber laminate thickness in hoop direction of 31mm and a carbon fiber laminate thickness in helical direction of 10.2mm, which is represented by a design model of No. 5.
Kim, Hyeong-Jo;Tulugan, Kelimu;Kim, Hyung-Jin;Park, Won-Jo
Journal of Power System Engineering
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v.17
no.1
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pp.110-115
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2013
The electrochemical performance and microstructure of Al-Si, Al-Si/C was investigated as anode for lithium ion battery. The Al-Si nano composite with 5 : 1 at% ratio was prepared by arc-discharge nano powder process. However, some of problem is occurred, when Al nano composite was synthesized by this manufacturing. The oxidation film is generated around Al-Si particles for passivating processing in the manufacture. The oxidation film interrupts electrical chemistry reaction during lithium ion insertion/extraction for charge and discharge. Because of the existence the oxidation film, Al-Si first cycle capacity is very lower than other examples. Therefore, carbon synthsized by glucose ($C_6H_{12}O_6$) was conducted to remove the oxidation film covered on the composite. The results showed that the first discharge cycle capacity of Al-Si/C is improved to 113mAh/g comparing with Al-Si (18.6mAh/g). Furthermore, XRD data and TEM images indicate that $Al_4C_3$ crystalline exist in Al-Si/C composite. In addition the Si-Al anode material, in which silicon is more contained was tested by same method as above, it was investigated to check the anode capacity and morphology properties in accordance with changing content of silicon, Si-Al anode has much higher initial discharge capacity(about 500mAh/g) than anode materials based on Aluminum as well as the morphology properties is also very different with the anode based Aluminum.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.10
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pp.1499-1507
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2017
This paper presents an impact-based piezoelectric vibration energy harvester using a freely movable metal sphere and a piezoceramic fiber-based MFC (Macro Fiber Composite) as piezoelectric cantilever. The free motion of the metal sphere, which impacts both ends of the cavity in an aluminum housing, generates power across a cantilever-type MFC beam in response to low frequency vibration such as human-body-induced motion. Impacting force of the spherical proof mass is transformed into the vibration of the piezoelectric cantilever indirectly via the aluminum housing. A proof-of-concept energy harvesting device has been fabricated and tested. Effect of the indirect impact-based system has been tested and compared with the direct impact-based counterpart. Maximum peak-to-peak open circuit voltage of 39.8V and average power of $598.9{\mu}W$ have been obtained at 3g acceleration at 18Hz. Long-term reliability of the fabricated device has been verified by cyclic testing. For the improvement of output performance and reliability, various devices have been tested and compared. Using device fabricated with anodized aluminum housing, maximum peak-to-peak open-circuit voltage of 34.4V and average power of $372.8{\mu}W$ have been obtained at 3g excitation at 20Hz. In terms of reliability, housing with 0.5mm-thick steel plate and anodized aluminum gave improved results with reduced power reduction during initial phase of the cyclic testing.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.33
no.3
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pp.264-269
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2013
Since MFC(macro-fiber composite) transducer has been developed, many researchers have tried to apply this transducer on SHM(structural health monitoring), because it is so flexible and durable that it can be easily embedded to various kinds of structures. The objective of this paper is to figure out the benefits and feasibility of applying MFC transducers to guided wave technique. For this, we have experimentally tested the performance of MFC patches as transmitter and sensors for excitation and reception of guided waves on the thin aluminum alloy plate. In order to enhance the signal accuracy, we applied the FIR filter for noise reduction as well as used STFT(short-time Fourier transform) algorithm to image the guided wave characteristics clearly. From the results, the guided wave generated based on MFC showed good agreement with its theoretical dispersion curves. Moreover, the ultrasonic Lamb wave techniques based on MFC patches in pitch-catch manner was tested for detection of surface notch defects of which depths are 10%, 20%, 30% and 40% of the aluminum plate thickness. Results showed that the notch was detectable well when the notch depth was 10% of the thickness or greater.
Maurya A. K.;Narayana P. L.;Wang X.-S.;Reddy N. S.
Journal of Powder Materials
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v.31
no.5
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pp.382-389
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2024
Aluminum-based composites are in high demand in industrial fields due to their light weight, high electrical conductivity, and corrosion resistance. Due to its unique advantages for composite fabrication, powder metallurgy is a crucial player in meeting this demand. However, the size and weight fraction of the reinforcement significantly influence the components' quality and performance. Understanding the correlation of these variables is crucial for building high-quality components. This study, therefore, investigated the correlations among various parameters-namely, milling time, reinforcement ratio, and size-that affect the composite's physical and mechanical properties. An artificial neural network model was developed and showed the ability to correlate the processing parameters with the density, hardness, and tensile strength of Al2024-B4C composites. The predicted index of relative importance suggests that the milling time has the most substantial effect on fabricated components. This practical insight can be directly applied in the fabrication of high-quality Al2024-B4C composites.
Aluminum-based $Al/Al_2O_3$ composites were fabricated by a powder-in sheath rolling method. A stainless steel tube with outer diameter of 12 mm and wall thickness of 1 mm was used as a sheath. A mixture of aluminum powder and $Al_2O_3$ particles of which volume content was varied from 5 to 20%, was filled in the tube by tap filling and then rolled by 75% reduction in thickness at ambient temperature. The rolled specimen was then sintered at 56$0^{\circ}C$ for 0.5 h. The mixture of Al powders and $Al_2O_3$ particles was successfully consolidated by the sheath rolling. The $Al/Al_2O_3$ composite fabricated by the sheath rolling showed a recrystallized structure, while unreinforced Al powder compact fabricated by the same procedure showed a deformed structure. The unreinforced Al powder compact was characterized by a deformation (rolling) texture of which main component is {112}<111>, while the $Al/Al_2O_3$ composite showed a mixed texture oi deformation and recrystallization. The sintering resulted in recrystallization in Al powder compact and grain growth in the composite.
Substituting composite structures for conventional metallic structures has many advantages because of higher specific stiffness and specific strength of composite materials. In this work, one-piece driveshafts composed of carbon/epoxy and glass/epoxy composites were designed and manufactured for a rear wheel drive automobile satisfying three design specifications, such as static torque transmission capability, torsional buckling and the fundamental natural bending frequency. Single lap adhesive joint was used to join the composite shaft and the aluminum yoke. The torque transmission capability of the adhesively bonded composite shaft was calculated with respect to bonding length and yoke thickness by finite element analysis and compared with the experimental result. Torque transmission capability was based on the Tsai-Wu failure index fur composite shaft and the failure model which incorporated the nonlinear mechanical behavior of aluminum yoke and epoxy adhesive. From the experiments and the finite element analyses, it was found that the static torque transmission capability of the composite driveshaft was highest at the critical yoke thickness, and saturated beyond the critical length. Also, it was found that the one-piece composite driveshaft had 40% weight saving effect compared with a conventional two-piece steel driveshaft.
Inorganic-organic composites find extensive application in various fields, including electronic devices and light-emitting diodes. Notably, encapsulation technologies are employed to shield electronic devices (such as printed circuit boards and batteries) from stress and moisture exposure while maintaining electrical insulation. Polymer composites can be used as encapsulation materials because of their controllable mechanical and electrical properties. In this study, we propose a polymer composite that provides good electrical insulation and enhanced mechanical properties. This is achieved by using aluminum borate nanowhiskers (ABOw), which are fabricated using a facile synthesis method. The ABOw fillers are created via a hydrothermal method using aluminum chloride and boric acid. We confirm that the synthesis occurs in various morphologies based on the molar ratio. Specifically, nanowhiskers are synthesized at a molar ratio of 1:3 and used as fillers in the composite. The fabricated ABOw/epoxy composites exhibit a 48.5% enhancement in mechanical properties, similar to those of pure epoxy, while maintaining good electrical insulation.
Lee Sang Jin;Oh Kyung Won;Jeong Jong Cheol;Kong Chang duk;Kim Jeong Seok;Cho Se Hyun
Composites Research
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v.19
no.1
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pp.9-14
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2006
Experimental investigation on heat transfer ratio was firstly performed with three types of sandwich panels such as the Carbon/Epoxy Skin-Aluminum Honeycomb and Balsa Core Sandwich Panel of 37mm thickness, the Carbon/Epoxy Aluminum Skin-Honeycomb Core Sandwich Panel of 57mm thickness (including insulator) and the Carbon/Epoxy Skin-Aluminum Honeycomb Core Sandwich Panel of 37mm thickness based on the KS F 2278:2003(Insulation test method of windows). In additional to this investigation, experimental tests were also done for evaluation of heat transportation ratio with the Aluminum Skin- Aluminium Honeycomb Sandwich Panels of 27mm and 35mm thickness, and Aluminum Skin-Foaming Aluminum Sandwich Panel of 27mm thickness by the KS F2277:2002 (Insulation measuring method of construction component-Calibration heat box method or protective heat box method). In this study, it was found that the larger net heat transfer cross sectional area between the skin and the sandwich core is given, the higher heat transportation ratio occurs. It was also found that the hybrid type insulation had better insulation characteristics compared to the non-hybrid type insulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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