This paper describes the results of experiments to analyze the free vibration of the laminated composite and hybrid composite plates with various shapes and boundary conditions. The materials of specimens were the carbon fiber reinforced plastic (CFRP), the glass fiber reinforced plastic (GFRP), the GFRP-Aluminum hybrid composite and the CFRP-CFRP hybrid composite. The natural frequencies and nodal patterns of plates with various shapes were experimentally obtained by impact exciting test using an impact hammer and an accelerometer. The experimental results were presented with normalized frequency parameters. The effects of composite material properties, fiber orientation angles, various geometrical shapes and boundary conditions on the vibration characteristics of composite plates were evaluated. To compare and verify these experimental results, the finite element analysis was carried out, and was well agreed with experimental results.
New hybrid composite material CPAL(Carbon Patched ALuminum alloy), an Al2024-T3 plate doubleside reinforced with carbon/epoxy laminates were made. Fatigue crack growth tests were carried out at R=0.2, 0.5 in the CPAL specimens. The retardation mechanism and behavior of fatigue crack growth were examined basing on investigation of the crack and the delamination using a X-Ray and a ultrasonic C-Scan. The fatigue crack growth rates of CPAL specimens were remarkedly retarded compared to that of the Al2024-T3 specimen. The retardations amounts of the fatigue crack growth rates get higher in $0^{\circ}$/$90^{\circ}$ CPAL specimen than in $\pm$$45^{\circ}$ CPAL specimen, and get higher at R=0.2 than at R=0.5. The retardation of fatigue crack growth rates in CPAL specimen was generated by the crack bridging mechanism, that is the behavior that the fibers in CFRP layers decrease the COD in the Al2024-T3 plate.
Recently, as demand for high-strength, lightweight materials has increased, there has been great interest in joining with metals. In the case of mechanical bonding, such as bolting and riveting, chemical bonding using adhesives is attracting attention as stress concentration, cracks, and peeling occur. In this paper, surface treatment was performed to improve the adhesive strength, and the change in adhesive strength was analyzed. For the adhesive strength test were conducted with Carbon Fiber Reinforced Plastic(CFRP), CR340(Steel), and Al6061(Aluminum), and laser and plasma surface treatment were used. After plasma surface treatment, the adhesive strength improved by 7.3% and 39.2% in CFRP-CR340 and CFRP-Al6061, respectively. CR340-Al6061 was improved by 56.2% in laser surface treatment. Surface free energy(SFE) was measured by contact angle after plasma treatment, and it is thought that the adhesion strength was improved by minimizing damage through a chemical reaction mechanism. For laser surface treatment, it is thought that creates a rough bonding surface and improves adhesive strength due to the mechanical interlocking effect. Therefore, surface treatment is effect to improve adhesive strength, and based on this paper, the long-term fatigue test will be conducted to prevent fatigue failure, which is a representative cause of actual structural damage.
In the development of a cryogenic propellant tank, the proper selection of adhesives to bond composite and metal liner is important for the safety of operation. In this study, 3 types of adhesives were tested for the ability to bond CFRP composites developed for cryogenic use and aluminum alloy (Al 6061-T6) for lining the tank using double-lap joint specimens. The double-lap joint specimens were tested inside an environmental chamber at room temperature and cryogenic temperature ($-150^{\circ}C$) respectively to compare the bond strength of each adhesive and fracture characteristics. The material properties with temperature of component materials of double-lap joints were measured. In addition, ABAQUS was used for the purpose of analyzing the experimental results.
Through the use of finite element analysis and acoustic emission techniques we have evaluated the interfacial failure of a carbon fiber reinforced polymer (CFRP) repair patch on a notched aluminum substrate. The repair of cracks is a very common and widely used practice in the aeronautics field to extend the life of cracked sheet metal panels. The process consists of adhesively bonding a patch that encompasses the notched site to provide additional strength, thereby increasing life and avoiding costly replacements. The mechanical strength of the bonded joint relies mainly on the bonding of the adhesive to the plate and patch stiffness. Stress concentrations at crack tips promote disbonding of the composite patch from the substrate, consequently reducing the bonded area, which makes this a critical aspect of repair effectiveness. In this paper we examine patch disbonding by calculating the influence of notch tip stress on disbond area and verify computational results with acoustic emission (AE) measurements obtained from specimens subjected to uniaxial tension. The FE results showed that disbonding first occurs between the patch and the substrate close to free edge of the patch followed by failure around the tip of the notch, both highest stress regions. Experimental results revealed that cement adhesion at the aluminum interface was the limiting factor in patch performance. The patch did not appear to strengthen the aluminum substrate when measured by stress-strain due to early stage disbonding. Analysis of the AE signals provided insight to the disbond locations and progression at the metal-adhesive interface. Crack growth from the notch in the aluminum was not observed until the stress reached a critical level, an instant before final fracture, which was unaffected by the patch due to early stage disbonding. The FE model was further utilized to study the effects of patch fiber orientation and increased adhesive strength. The model revealed that the effectiveness of patch repairs is strongly dependent upon the combined interactions of adhesive bond strength and fiber orientation.
Lee, Su-Yeong;Lee, Nam Ju;Choi, Ung-Jae;Kim, Hong Seok;Shin, Ki-Hoon;Cheong, Seong-Kyun
Journal of the Korean Society of Safety
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v.31
no.6
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pp.1-5
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2016
A bicycle is one of the most popular sporting goods in view of a sport activity and a human health. Metallic materials such as steel, aluminum, etc. were mainly used to the bicycle fork in the past. Nowadays, the carbon fiber reinforced composite materials are widely used to the manufacturing of a bicycle fork to reduce the weight and to increase the efficiency. Safety is a most important design parameter of a bicycle fork even if the weight and cost reduction are important. Bicycle failure may happen at the critical spot of a bicycle fork and cause the accident. In this paper, the composite bicycle fork will be analyzed to secure the safety and detect a critical spot by using the finite element method with Tsai-Wu failure criterion. The stress data were obtained for the laminated composites with various number of plies and fiber orientation under the bending load. Thus, design concept of a bicycle fork was proposed to secure the safety of a bicycle. The finite element analysis results show that the connection area between a steer tube and a fork blade is critical spot, and 75 or more layers of 0 degree are needed to secure the safety of a bicycle fork.
A study has been made to establish an optimum condition in the surface treatment and curing method that is important for the fabrication of Al 7075/CFRP laminates. PAA(Phosphoric Acid Anodizing) provided a good adhesive strength and FPL(Sulfuric / Sodium Dichromate Acid Etching) had a similar adhesive strength with PAA. On the other hand, the poor adhesive strength was shown on vapor degrease and CAA(Chromic Acid Anodizing). By using the atomic force microscope(AFM), it was found that the PAA oxide surface obviously had a greater degree of microroughness as compared to vapor degrease, CAA and FPL treated surfaces. These results support the concept of a mechanical interlocking of the adhesive with-in the oxide pores as the predominant adhesion mechanism. In curing methods, the adhesive strength of co-curing method was higher than that of secondary curing method. With respect to stability of specimen shape, the secondary curing method was better than co-curing method. DMA(Dynamic Mechanical Analysis) test revealed $T_g$ in curing times over 60 min is nearly same, so it is estimated they will have similar degree of curing and joint durability in using FM300M adhesive film.
Kang, Ji Heon;Kim, Kun Woo;Jang, Jin Seok;Lee, Jae Jin;Mun, Ji Hun;Kang, Da Kyung;Ahn, Min Su;Lee, Jae Wook
Composites Research
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v.33
no.3
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pp.140-146
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2020
The purpose of this paper is to examine the possibility of weight reduction by changing the partition panel of vehicle from an existing aluminum material to carbon fiber reinforced plastics. Three weaving methods (plain, twill and satin) were used in the manufacture of composite materials, and they were produced and tested to derive their material properties. The analysis model of composite partition panel for torsional conditions was developed and the structural stability and system stiffness were evaluated according to Tsai-Hill failure criteria. With design variables for fiber orientation angles and stacking sequence, evolutional optimal algorithm was performed and as the results, the optimal composite partition panel was designed. In addition, the structural analysis results for strength and specific stiffness were compared with aluminum partition panels and composite partition panels to verify the possibility of weight reduction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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