This paper deals with predicting comparable mechanical properties of laminated composite plates. The stiffness of an equivalent anisotropic composite plate is derived based on classical lamination theory. A novel failure criterion is defined to describe the failure behaviour of laminated composite plates based on micro-mechanics failure criteria. Finally, the theory's validation of finite element analysis results was verified. We concluded that this theory is very suitable for failure analysis of laminated composite plates for aerospace applications due to their relative simplicity and computational efficiency.
The comparison of the numerical results with those measured by the experiment showed good agreement. The design of composite joint which is the weakest part in the composite structures has become a very important research area since the composite materials are widely used in the aircraft and machine structure. In this paper, the new composite key joints that minimize the fiber discontinuity and strength degradation of adherend were proposed and their failure loads were evaluated. The failure index and damage area method were used for the failure prediction of the composite key joint. From the tests, the failure load of the composite key joint was 93% larger than that of a mechanical joint and the key joint whose slot depth and edge length were 0.88mm and 20mm had the largest failure load. Also, the analytic failure modes by the failure index and damage area were compared with experimental failure modes.
In this study, the failure behavior of composite material in the biaxial and off-axis loading is studied based on a computational micromechanical model. The model is developed so that the combination of mechanical and thermal loading conditions can be considered in the analysis. The modified generalized plane strain assumption of the theory of elasticity is used for formulation of the micromechanical modeling of the problem. A truly meshless method is employed to solve the governing equation and predict the distribution of micro-stresses in the selected RVE of composite. The fiber matrix interface is assumed to be perfect until the interface failure occurs. The biaxial and off-axis loading of the SiC/Ti and Kevlar/Epoxy composite is studied. The failure envelopes of SiC/Ti and Kevlar/Epoxy composite in off-axis loading, biaxial transverse-transverse and axial-transverse loading are predicted based on the micromechanical approach. Various failure criteria are considered for fiber, matrix and fiber-matrix interface. Comparison of results with the available results in the litreture shows excellent agreement with experimental studies.
In this study, the bending analysis of composite laminates using the classical laminated theory is investigated. A piece-wise linear incremental approach is employed to describe the nonlinear mechanical behavior of the composite laminates, and a 2D strain-based interactive failure theory is employed to predict the ultimate flexural loads. The 3-point bending tests are performed for cross-ply and quasi-isotropic laminates. The analysis results with the failure theory are verified by comparing the analysis findings to the experimental outcome.
The present paper deals with the first ply failure analysis of the laminated composite plates under various static and dynamic loading conditions. Static analysis has been carried out under patch load and triangular load. The dynamic failure analysis has been carried out under triangular pulse load. The formulation has been carried out using the finite element method and a computer code has been developed. The first order shear deformation theory has been applied in the present formulation. The displacement time history analysis of laminated composite plate has been carried out and the results are compared with those published in literature to validate the formulation. The first ply failure load for laminated composite plates with various lamination schemes under static and dynamic loading conditions has been calculated using various failure criteria. The failure index-time history analysis has also been carried out and presented in this paper.
With the wide application of fiber-reinforced composite material in aero-structures and mechanical parts, the design of composite joint have become a very important research area because they are often the weakest areas in composite structures. In this paper, the failure strengths of the hybrid composite joints which were composed of a combination of an adhesive joint and a mechanical joint were evaluated and predicted. The 10 hybrid joint specimens which have different w/d, e/d and adherend thickness were manufactured and tested. The damage zone theory and the failure area index method were used for the failure prediction of the adhesive joint and the mechanical joint, respectively and the hybrid joints were assumed to be failures if either of the two failure criteria was satisfied. From the results of experiments and analyses, the failure strengths of the hybrid joints could be predicted to within 25.5%.
Hu, J.;Sundararaman, S.;Menta, V.G.K.;Chandrashekhara, K.;Chernicoff, William
Advanced Composite Materials
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v.18
no.3
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pp.233-249
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2009
Safe installation and operation of high-pressure composite cylinders for hydrogen storage are of primary concern. It is unavoidable for the cylinders to experience temperature variation and significant thermal input during service. The maximum failure pressure that the cylinder can sustain is affected due to the dependence of composite material properties on temperature and complexity of cylinder design. Most of the analysis reported for high-pressure composite cylinders is based on simplifying assumptions and does not account for complexities like thermo-mechanical behavior and temperature dependent material properties. In the present work, a comprehensive finite element simulation tool for the design of hydrogen storage cylinder system is developed. The structural response of the cylinder is analyzed using laminated shell theory accounting for transverse shear deformation and geometric nonlinearity. A composite failure model is used to evaluate the failure pressure under various thermo-mechanical loadings. A back-propagation neural network (NNk) model is developed to predict the maximum failure pressure using the analysis results. The failure pressures predicted from NNk model are compared with those from test cases. The developed NNk model is capable of predicting the failure pressure for any given loading condition.
A three-dimensional finite analysis method was proposed to predict the failure of composite double-lap bolted joints, which is based on the stiffness degradation method using damage variables and Hashin's three-dimensional failure criteria. Ladeveze's theory using damage variables to consider the matrix/shear damage was combined with stiffness degradation in fiber direction. Four different failure modes were considered including matrix compression/shear, matrix tension/shear, fiber compression, and tension failures. The friction between bolt and composite and the clamping force were considered using a commercial finite element software ABAQUS. The damage model was incorporated using the user-defined subroutine of the software. The predicted result was verified with the existing test result for bearing tension double shear and showed the deviation ranging 7~16% from test results.
Kim, Duk-Hyun;Kim, Du-Hwan;Oh, Sang-Sub;Lim, Tae-Ho
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.10a
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pp.187-189
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2003
Almost all building/infrastructures made of composite materials are fabricated without proper design. Unlike airplane or automobile parts, prototype test is impossible. One cannot destroy 10 story buildings or 100-meter long bridges. People try to build 100-story buildings or several thousand meter long bridges. In order to realize "composites in construction", the following subjects must be studied in detail, for his design: Concept optimization, Simple method of analysis, Folded plate theory, Size effects in failure, and Critical frequency. Unlike the design procedure with conventional materials, his design should include material design, selection of manufacturing methods, and quality control methods, in addition to the fabrication method.on method.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.1
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pp.63-69
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2017
In this paper, composite laminate pull-through resistance was analyzed using the FEM method and compared with test results. 2D and 3D simplified FEM models, a nonlinear analysis, and a progressive failure analysis utilizing three composite laminate failure theories Maximum Stress, Maximum Strain, and Tsai-Wu were used to predict the FEM results with the test results. The load and boundary conditions of the test were applied to the FEM to simulate the test. A composite laminate pull-through test (ASTM D7332 Proc. B) was designed with a special fixture to collect more precise data. The test results were compared with the FEM analysis results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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