To perform the realtime strain and fracture monitoring of the smart composite structures, two optical fiber sensor systems are proposed. The two types of the coherent sources were used for fracture signal detection - EDFA with FBG and EDFA with Fabry-Perot filter. These sources were coupled to EFPI sensors imbedded in composite specimens. To understand the characteristics of matrix crack signals, at first, we performed tensile tests using surface attached PZT sensors by changing the thickness and width of the specimens. This paper describes the implementation of time-frequency analysis such as short time Fourier transform (STFT) and wavelet transform (WT) for the quantitative evaluation of fracture signals. The experimental result shows the distinctive signal features in frequency domain due to the different specimen shapes. And, from the test of tensile load monitoring using optical fiber sensor systems, measured strain agreed with the value of electric strain gage and the fracture detection system could detect the moment of damage with high sensitivity to recognize the onset of micro-crack fracture signal.
The bi-axial and shear buckling behavior of laminated hypar shells having rhombic planforms are studied for various boundary conditions using the present mathematical model. In the present mathematical model, the variation of transverse shear stresses is represented by a second-order function across the thickness and the cross curvature effect in hypar shells is also included via strain relations. The transverse shear stresses free condition at the shell top and bottom surfaces are also satisfied. In this mathematical model having a realistic second-order distribution of transverse shear strains across the thickness of the shell requires unknown parameters only at the reference plane. For generality in the present analysis, nine nodes curved isoparametric element is used. So far, there exists no solution for the bi-axial and shear buckling problem of laminated composite rhombic (skew) hypar shells. As no result is available for the present problem, the present model is compared with suitable published results (experimental, FEM, analytical and 3D elasticity) and then it is extended to analyze bi-axial and shear buckling of laminated composite rhombic hypar shells. A C0 finite element (FE) coding in FORTRAN is developed to generate many new results for different boundary conditions, skew angles, lamination schemes, etc. It is seen that the dimensionless buckling load of rhombic hypar increases with an increase in c/a ratio (curvature). Between symmetric and anti-symmetric laminations, the symmetric laminates have a relatively higher value of dimensionless buckling load. The dimensionless buckling load of the hypar shell increases with an increase in skew angle.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.30
no.2
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pp.126-131
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2010
The purpose of this study is to assess the condition of composites used in aircraft under varying temperature environment with ultrasound guided wave technique. Investigation of crucial influential factor on the composite health monitoring related to aircraft operational environments such as the number of thermal cycles and temperature deviation between ground level and flight altitude has been of a great concern for aircraft safety issue. In this study, ultrasonic guided wave health monitoring scheme is proposed to evaluate composite specimens damaged with the thermal fatigue simulating aircraft operational condition. Guided wave dispersion curves are used to select right modes which show a promising sensitivity to each different thermal fatigue damage level. The present approach can be also implemented as one of on-lines health monitoring tools for aircraft.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.7
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pp.539-547
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2021
Helicopter rotor blade is required to be designed by considering the interacting effects among aerodynamics, flexibility, and controllability. The reverse design allows the structural components to have common characteristics by using the configuration numerics and experimental results. This paper aims to design the composite rotor blade which will feature common characteristics with that of BO-105. The present engineering design procedure is done by dividing the rotor blade into a few sections and composite laminates across the cross section. For each section, variational asymptotic beam sectional analysis (VABS) program is used to evaluate its flapwise, lagwise, and torsion stiffnesses to have discrepancy smaller than certain tolerance. Finally, CAMRAD II is used to predict the stress acting on the rotor blade during the specific flight condition and to check whether the present deign is structurally valid.
Kalgutkar, Akshay Prakash;Banerjee, Sauvik;Rajanna, T.
Steel and Composite Structures
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v.42
no.4
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pp.427-446
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2022
Cutouts in the beams or plates are often unavoidable due to inspection, maintenance, ventilation, structural aesthetics purpose, and sometimes to lighten the structures. Therefore, there will be a substantial reduction in the strength of the structure due to the introduction of the cutouts. However, these cutouts can be reinforced with the different patterns of ribs (stiffener) to enhance the strength of the structure. The present study highlights the influence of the elliptical cutout reinforced with a different pattern of ribs on the stability performance of such stiffened composite panels subjected to non-uniform edge loads by employing the Finite element (FE) technique. In the present formulation, a 9-noded heterosis element is used to model the skin, and a 3-noded isoparametric beam element is used to simulate the rib that is attached around a cutout in different patterns. The displacement compatibility condition is employed between the plate and stiffener, and arbitrary orientations are taken care by introducing respective transformation matrices. The effect of shear deformation and rotary inertia are incorporated in the formulation. A new mesh configuration is developed to house the attached ribs around an elliptical cutout with different patterns. Initially, a study is performed on the panels with different stiffener schemes for various ply orientations and for different stiffener depth to width ratios (ds/bs) to determine an optimal stiffener configuration. Further, various parametric studies are conducted on an obtained optimal stiffened panel to understand the effect of cutout size, cutout orientation, panel aspect ratio, and boundary conditions. Finally, from the analysis, it can be observed that the arrangement of the stiffener attached to a panel has a major impact on the buckling capacity of the stiffened panel. The stiffener's depth to width ratio also significantly influences the buckling characteristic.
Based on the basic equations of elasticity, free-edge effects on stresses in cross-ply laminated plates are found by using the state space method. The laminates are subjected to uniaxial-uniform extension plate, which is a typical example of general plane strain problem. The study takes into account material constants of all individual material layers and the state equation of a laminate is solved analytically in the through thickness direction. By this approach, a composite plate may be composed of an arbitrary number of orthotropic layers, each of which may have different material properties and thickness. The solution provides a continuous displacement and inter-laminar stress fields across all material interfaces and an approxiamte prediction to the singularity of stresses occurring in the boundary layer region of a free-edge. Numerical solutions are obtained and compared with the results obtained from an alternative numerical method.
Roh Hee Seok;Choi Won Jong;Ha Min Su;Choi Heung Soap
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.2
s.233
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pp.220-227
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2005
In this study, stress-displacement analytic solutions are obtained by a shear lag modeling method constructed for the spliced joint area with a splicing gap in the fiber metal laminate (FML). This gap can be empty or be filled with an adhesive material of elastic modulus $E_a$. Two splicing types are considered for spliced shear models, one for spliced in the center metal layer, the other for spliced in the outer metal layer. It is shown that from the viewpoint of the load transfer efficiency and the avoidability of disbond generation due to the shear and axial stresses at the interface between metal layer and composite layer of the gap-front in the spliced area, the center spliced type (k=2) is much preferable to the outer spliced type (k=1).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.1
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pp.164-172
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1997
Two parameter technique that uses far-field stress and displacement distributions was applied to composite laminates in order to calculate mode II energy release rate, $G_{II}$ . The $G_{II}$ calculated by two parameter technique was compared with that calculated from the crack closure method to inspect the effectiveness of two parameter technique. Sensitivity study of two parameter technique to the crack extension size was also performed. The results showed that both methods produced comparable $G_{II}$ results. In particular, it was found that although the crack closure method was affected by the crack extension size, the two parameter technique was less affected by the crack extension size.
In this study, the influence of centrally placed circular and square cutouts on vibration and buckling characteristics of different ply-oriented laminated panels under the action of compressive and/or tensile types of non-uniform in-plane edge loads are investigated. The panels are inspected under the action of uniaxial compression, uniaxial tension and biaxial, compression-tension, loading configurations. Furthermore, the effects of different degrees of edge restraints and panel aspect ratios are also addressed in this work. Towards this, a nine-node heterosis plate element has been adopted which includes the effect of shear deformation and rotary inertia. According to the results, the tensile buckling loads are higher than that of compressive buckling loads. However, the tensile buckling load continuously reduces with the increased cutout sizes irrespective of ply-orientations. This is also true for compressive buckling loads except for some particular ply-orientations with higher sized cutouts.
This paper deals with critical buckling load optimization of symmetric angle-ply laminated stepped flat columns under axial compression load. The design objective is the maximization of the critical buckling load and the design variable is the fiber orientations in the layers of the laminates. The classical laminate plate theory is used for the finite element solution of the laminated stepped flat columns. The modified feasible direction (MFD) method is used for the optimization routine. For this purpose, a program based on FORTRAN is exploited. Finally, the optimization results are presented for width ratios (b/B), ratios of fillet radius ($r_1/r_2$), aspect ratios (L/B) and boundary conditions. The results are presented in graphical and tabular forms and the results are compared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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