In this paper, static perforation tests are conducted to predict the penetration energy for the composite laminates subjected to high velocity impact. Three methods are used to analyze the perforation energy accurately. The first method is to select the perforation point using the AE sensor signal energy, the second method is to retest the tested specimen and use the difference between initial and retested perforation energy, and the third method is to select the perforation point based on the maximum loading point in the retested load-displacement curve of the tested specimen. The predicted perforation energy results are presented and verified by comparing with those by the high velocity tests.
Fiber reinforced plastic (FRP) composites have drawn increasing attentions worldwide for decades due to its outstanding properties. Stress concentration factor (SCF) as an essential parameter in materials science are critically considered in structure design and application, strength assessment and failure prediction. However, investigation of stress concentration in FRP composites has been rarely reported so far. In this study, three resource-conserving analyses (Isotropic analysis, Orthotropic analysis and Finite element analysis) were introduced to plot the $K_T^A-d/W$ curve for E-glass/epoxy composite plate with the geometrical defect of circular hole placed centrally. The plates were loaded to uniaxial direction for simplification. Finite element analysis (FEA) was carried out via ACP (ANSYS composite prepost module). Based on the least squares method, a simple expression of fitting equation could be given based on the simulated results of a set of discrete points. Finally, all three achievable solutions were presented graphically for explicit comparison. In addition, the investigation into customized efficient SCFs has also been carried out for further reference.
A detailed study was carried out on the tensile properties of the single-lap joint of a steel panel bolted/bonded to a composite laminate with a flanging. Finite element model (FEM) was established to predict the strength and to analyze the damage propagation of the hybrid joints by ABAQUS/Standard, which especially adopted cohesive elements to simulate the interface between the laminate and adhesive. The strength and failure mode predicted by FEM were in good agreement with the experimental results. In addition, three influence factors including adhesive thickness, bolt preload and bolt-hole clearance were studied. The results show that the three parameters have effect on the first drop load of the load-displacement curve, but the effect of bolt-hole clearance is the largest. The bolt-hole clearance should be avoided for hybrid joints.
The present paper is concerned with the optimum design of taper spring, in which the static spring rate of the fiber-reinforcement composite material spring is fitted to that of the steel leaf spring. The thickness and width of springs were selected as design variables. The object functions of the regression model were obtained through the analysis with a common analytic program. After regression coefficients were calculated to get functions of the regression model, optimal solutions were calculated with DOT. E-glass/epoxy and carbon/epoxy were used as fiber reinforcement materials in the design, which were compared and analyzed with the steel leaf spring. The result of the static spring rates show that optimized composite leaf springs agree with steel leaf spring within 1%.
Kim, Jong-Hawk;Cho, Hyun-Nam;Kim, Seong-Hun;Kim, Jun-Young
Macromolecular Research
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v.12
no.1
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pp.53-62
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2004
We have prepared polymer composites of low-density polyethylene (LDPE) and ionomers (Surlyn 8940) containing polar segments and metal ions by melt blending with carbon black (CB) as a conductive filler. The resistivity and positive temperature coefficient (PTC) of the ionomer/LDPE/CB composites were investigated with respect to the CB content. The ionomer content has an effect on the resistivity and percolation threshold of the polymer composites; the percolation curve exhibits a plateau at low CB content. The PTC intensity of the crosslinked ionomer/LDPE/CB composite decreased slightly at low ionomer content, and increased significantly above a critical concentration of the ionomer. Irradiation-induced crosslinking could increase the PTC intensity and decrease the NTC effect of the polymer composites. The minimum switching current (Ι$\sub$trip/) of the polymer composites decreased with temperature; the ratio of Ι$\sub$trip/ for the ionomer/LDPE/CB composite decreased to a greater extent than that of the LDPE/CB composite. The average temperature coefficient of resistance (${\alpha}$$\sub$T/) for the polymer composites increased in the low-temperature region.
Kim, Hyun Ho;Shim, Chang Su;Yun, Kwang Jung;Lee, Pil Goo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.17
no.5
s.78
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pp.549-559
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2005
A railway bridge with a double composite section is proposed to enhance the structural performance of existing two-girder bridges because the governing design parameter of railway bridges is the flexural stiffness. The concrete deck in negative moment regions is neglected in the design of continuous composite bridges assuming the concrete slab has no resistance to tension. Therefore, the flexural stiffness of the composite section in the negative moment region is reduced resulting in the increase of the depth of the steel section. In order to resolve this disadvantage, several methods are suggested and the double composite section is one of the excellent solutions for extending the span length and increasing the flexural stiffness. In this study, push-out tests on lying studs and mixed stud shear connection with lying and vertical studs were performed to investigate the behavior of the shear connection in the double composite section. Static strength of the shear connection was evaluated through the test results and numerical analyses.
With steel and concrete composite beams, the incomplete interaction between the steel and the concrete slab leads to an appreciable increase in beam deflections. Moreover, encased composite beams using a deep deck plate or hollow-core PC slabs are critical to deflection due to their inherent geometry. In this paper, by using the calculation tools that were developed for a previous study on the deflection of encased composite beams considering the slip effects and load-slip curve, the shear bond stress and additional deflection induced due to interface slip of the encased composite beam are presented. It was found that the slip effects significantly contribute to the encased composite beam deflections and result in stiffness reduction of up to 30% compared to that of full shear interaction beams. The predicted results were compared with the measurement of 18 specimens tested in this study, and comparisons show a high degree of accuracy, within 6%.
Zhu, Li;Wang, Jia J.;Zhao, Guan Y.;Huo, Xue J.;Li, Xuan
Steel and Composite Structures
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v.37
no.2
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pp.117-136
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2020
Curved steel-concrete composite box girder has been widely adopted in urban overpasses and ramp bridges. In order to investigate its mechanical behavior under complicated and combined bending, shear and torsion load, two large-curvature composite box girders with interior angles of 25° and 45° were tested under static hogging moment. Based on the strain and deflection measurement on critical cross-sections during the static loading test, the failure mode, cracking behavior, load-displacement relationship, and strain distribution in the steel plate and rebar were investigated in detail. The test result showed the large-curvature composite box girders exhibited notable shear lag in the concrete slab and steel girder. Also, the constraint torsion and distortion effect caused the stress measured at the inner side of the composite beam to be notably higher than that of the outer side. The strain distribution in the steel web was approximately linear; therefore, the assumption that the plane section remains plane was approximately validated based on strain measurement at steel web. Furthermore, the full-process non-linear elaborate finite element (FE) models of the two specimens were developed based on commercial FE software MSC.MARC. The modeling scheme and constitutive model were illustrated in detail. Based on the comparison between the FE model and test results, the FE model effectively simulated the failure mode, the load-displacement curve, and the strain development of longitudinal rebar and steel girder with sufficient accuracy. The comparison between the FE model and the test result validated the accuracy of the developed FE model.
This study focused on the prediction of the long-term performance of carbon fiber/epoxy composites using Dynamic Mechanical Analysis (DMA) and Time-Temperature Superposition (TTS). Single-frequency test, multi-frequency test, and creep TTS test were performed. A sinusoidal load of $20{\mu}m$ amplitude was applied while increasing the temperature from $-30^{\circ}C$ to $240^{\circ}C$ at $2^{\circ}C/min$ for the single-frequency test and the multi-frequency test. The frequencies applied to the multi-frequency test were 0.316, 1, 3.16, 10 and 31.6 Hz. In the creep TTS test, a stress of 15 MPa was applied for 10 minutes at every $10^{\circ}C$ from $-30^{\circ}C$ to $230^{\circ}C$. The glass transition temperature was determined by single-frequency test. The activation energy and the storage modulus curve for each temperature were obtained from glass transition temperature for each frequency by the multi-frequency test. The master curve for the reference temperature was obtained by applying the shift factor using the Arrhenius equation. Also, TTS test was used to obtain the creep compliance curves for each temperature and the master curve for the reference temperature by applying the shift factors using the manual shift technique. The master curve obtained through this process can be applied to predict the long-term performance of carbon fiber/epoxy composites for a given environmental condition.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.7
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pp.833-839
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2013
In this study, an experiment was performed to monitor the two-dimensional shape of a cantilever composite structure using fiber Bragg grating (FBG) sensors. To monitor the shape of a composite structure, a deflection equation developed by NASA was applied and a composite beam attached to three FBG sensors was used. In the experiment, the shape of the composite beam was successfully estimated and an error was evaluated by comparing a real deflection. The error increased with real deflection; therefore, it was compensated by using the linear relationship between the error and the real deflection. After compensating the error, the measured deflection shows good agreement with the real deflection. Finally, the experiment shows that the FBG sensor and the deflection equation are suitable for monitoring the deflection curve of the beam structure with compensation of the error.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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