Lluis Ripoll;Jose L. Perez-Aparicio;Pere Maimi;Emilio V. Gonzalez
Coupled systems mechanics
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v.12
no.2
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pp.183-197
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2023
Scarce research has been published on crack propagation fracture of flywheels manufactured with carbon fiber-reinforced polymers. The present work deals with a calculation method to determine the conditions for which a crack propagates in the axial direction of the flywheel. The assumptions are: flywheels made with just a single thick ply or ply clustering laminates, oriented following the hoop direction; a single crack is analyzed in the plane defined by the hoop and axial directions; the crack starts close to one of the free edges; its axial length is initially large enough so that its tip is far away from that free edge, and the crack expands the entire circumferential perimeter and keeps its concentric position. The developed method provides information for a good design of flywheels. It is concluded that a fracture-based crack propagation criterion generally occurs at a lower speed than a stress-based criterion. Also, that the evolution of failure with thickness using the fracture criterion is exponential, demonstrating that thin flywheels are relatively not sensitive to crack propagation, whereas thick ones are very prone.
Lee, Won Hong;Han, Sung Cheon;Chun, Kyoung Sik;Chang, Suk Yoon
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.15
no.2
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pp.97-107
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2003
To obtain a more accurate response from larninated composite structures, the effect of transverse shear deformation, transverse normal strain/stress, and nonlinear variation of in-plane displacements vis-$\\grave{a}$-vis the thickness coordinate should be considered in the analysis. The improved higher-order theory was used to determine the critical buckling load and natural frequencies of laminated composite structures. Solutions of simply supported laminated composite plates and sandwiches were obtained in closed form using Navier's technique, with the results compared with calculated results using the first order and other higher-order theories. Numerical results were presented for fiber-reinforced laminates, which show the effects of ply orientation, number of layers, side-toithickness ratio, and aspects ratio.
Drilling processes in fiber-reinforced polymer composites are essential for the assembly and fabrication of composite structural parts. The economic impact of rejecting the drilled part is significant considering the associated loss when it reaches the assembly stage. Therefore, this article tends to illustrate the effect of cutting conditions (feed and speed), and laminate thickness on thrust force, torque, and delamination in drilling woven E-glass fiber reinforced epoxy (GFRE) composites. Four feeds (0.025, 0.05, 0.1, and 0.2 mm/r) and three speeds (400, 800, and 1600 RPM) are exploited to drill square specimens of 36.6×36.6 mm, by using CNC machine model "Deckel Maho DMG DMC 1035 V, ecoline". The composite laminates with thicknesses of 2.6 mm, 5.3 mm, and 7.7 mm are constructed respectively from 8, 16, and 24 glass fiber layers with a fiber volume fraction of about 40%. The drilled specimen is scanned using a high-resolution flatbed color scanner, then, the image is analyzed using CorelDraw software to evaluate the delamination factor. Multi-variable regression analysis is performed to present the significant coefficients and contribution of each variable on the thrust force and delamination. Results illustrate that the drilling parameters and laminate thickness have significant effects on thrust force, torque, and delamination factor.
Recently many efforts and researches have been done to cope with industrial facilities that require a low energy machines due to the gradual depletion of the natural resources. The fiber-reinforced composite materials in general have good properties and have the proper mechanical properties according to the change of the ply sequences and fiber distribution types. However, in the fiber-reinforced composite material, there are several problems, including fiber breaking, peeling, layer lamination, fiber cracking that can not be seen from the metallic material. Particularly, the fracture and delamination are likely to be affected by the thickness of the stacking laminates when the bi-material laminated structure is subjected to a load of the mixed mode. In this study, we investigated the effect of the thickness ratio of the difference in the CFRP/GFRP bi-material laminate composites by measuring the cracking behavior and the AE characteristics in a mixed mode loading, which may be generated in the actual structure. The results show that the thickness of the CFRP becomes more thick, the mode I energy release rate becomes a larger, and also the influence of mode I is greater than that of mode II. In addition, AE amplitude which shows the level of the damage in the structure was obtained the more damage in the CFRP with the thin thickness.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.3
no.1
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pp.1-7
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2012
This study investigates free vibration characteristics of laminated composite structures with different embedded delamination sizes and locations using the solid element. The three-dimensional finite element (FE) delamination model described in this paper, in comparison with the conventional approaches, is more attractive not only because it shows better accuracy but also it shows the entire mode shape. The FE model using ABAQUS is used for studying free vibrations of laminates containing an various embedded delamination. The numerical results obtained are in good agreement with those reported by other investigators. In particular, new results reported in this paper are focused on the significant effects of the local vibration mode for various parameters, such as size of delamination, aspect ratio, and location of delamination.
Park, Kyoung-Mi;Hwang, In-Han;Chun, Heoung-Jae;Hong, Ic-Pyo;Park, Yong-Bae;Kim, Yoon-Jae
Composites Research
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v.26
no.5
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pp.279-288
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2013
In this paper, the delamination and deformed FSS caused by residual stresses in the Loop type FSS embedded composites and the transmission characteristic changes due to deformation of FSS by residual stresses were studied. FSS may have different electromagnetic characteristics depending on the type of element, design variables, and array. Therefore, design variables of square loop FSS embedded composites structures were determined to obtain the transmission characteristic for X-band (8~12 GHz). Then the design variables of other types of loops (triangular loop and circular loop) were determined based on the dimensions of square loop. Thereafter, the residual stresses and transmission characteristics of FSS embedded composite structures with various single and double loop FSS's, and stacking sequence of composite laminates were compared.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.3
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pp.279-293
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2004
The analysis of linear static and free vibration problems of isotropic and laminated composite plates and shells is performed by the improved 9-node shell element with the new strain displacement relationship. In that relationship, the effect of new additional terms between the bending strain and displacement has been investigated in the warping problem. Natural co ordinate based strains, stresses and constitutive equations are used. The assumed natural strain method is used to alleviate both membrane and shear locking behavior from the element. The Lanczos method is employed in the calculation of the eigenvalues of laminated composite structures and the Gauss integration rule is adopted to evaluate the mass matrix. The numerical examples are compared with the analytical solutions to validate the current formulation and the results presented could be useful for the understanding of the behaviour of laminates under free vibration conditions.
This study deals with thegeometrical nonlinear dynamic behavior of laminated plates made of advanced composite materials (ACMs), which contain central cutouts. Based on the first-order shear deformation plate theory (FSDT), the Newmark method and Newton-Raphson iteration wereused for the nonlinear dynamic solution. The effects of the cutout sizes and lay-up sequences on the nonlinear dynamic response for various parameters werestudied using a nonlinear dynamic finite element program that was developed for this study. The several numerical results agreed well with those reported by other investigators for square composite plates with or without central cutouts, and the new results reported in this paper showed significant interactions between the cutout and the layup sequence in the laminate. Key observation points are discussed and a brief design guide for laminates with central cutouts is given.
Sherafat, Mohammad H.;Ghannadpour, Seyyed Amir M.;Ovesy, Hamid R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.45
no.5
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pp.677-691
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2013
A semi-analytical finite strip method is developed for analyzing the post-buckling behavior of rectangular composite laminated plates of arbitrary lay-up subjected to progressive end-shortening in their plane and to normal pressure loading. In this method, all the displacements are postulated by the appropriate harmonic shape functions in the longitudinal direction and polynomial interpolation functions in the transverse direction. Thin or thick plates are assumed and correspondingly the Classical Plate Theory (CPT) or Higher Order Plate Theory (HOPT) is applied. The in-plane transverse deflection is allowed at the loaded ends of the plate, whilst the same deflection at the unloaded edges is either allowed to occur or completely restrained. Geometric non-linearity is introduced in the strain-displacement equations in the manner of the von-Karman assumptions. The formulations of the finite strip methods are based on the concept of the principle of the minimum potential energy. The Newton-Raphson method is used to solve the non-linear equilibrium equations. A number of applications involving isotropic plates, symmetric and unsymmetric cross-ply laminates are described to investigate the through-thickness shearing effects as well as the effect of pressure loading, end-shortening and boundary conditions. The study of the results has revealed that the response of the composite laminated plates is particularly influenced by the application of the Higher Order Plate Theory (HOPT) and normal pressure loading. In the relatively thick plates, the HOPT results have more accuracy than CPT.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.10
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pp.907-911
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2016
This paper provides the compressive failure strength value of composite laminate developed by using regression analysis method. Composite material in this document is a Carbon/Epoxy unidirection(UD) tape prepreg(Cycom G40-800/5276-1) cured at $350^{\circ}F(177^{\circ}C$). The operating temperature is -$-60^{\circ}F{\sim}+200^{\circ}F$($-55^{\circ}C{\sim}+95^{\circ}C$). A total of 56 compression tests were conducted on specimens from eight (8) distinct laminates that were laid up by standard angle layers ($0^{\circ}$, $+45^{\circ}$, $-45^{\circ}$ and $90^{\circ}$). The ASTM-D-6484 standard was used for test method. The regression analysis was performed with the response variable being the laminate ultimate fracture strength and the regressor variables being two ply orientations ($0^{\circ}$ and ${\pm}45^{\circ}$).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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