Prediction of composite fatigue life is not a straightforward matter, depending on various failure modes and their interactions. In this paper, a methodology is presented to predict fatigue life and residual strength of composite materials based on Phenomenological Model(non-linear fatigue damage model). It is assumed that the residual strength is a monotonically decreasing function of the number of loading cycles and applied fatigue stress ratio and the model parameters(strength degradation parameter and fatigue shape parameter) are assumed as function of fatigue life. Then S-N curve is used to extract model parameters that are required to characterize the stress levels comprising a randomly-ordered load spectrum. Different stress ratios (${\sigma}_{min}/{\;}{\sigma}_{max}$) are handled with Goodman correction approach(fatigue envelope) and the residual strength after an arbitrary load cycles is represented by two parameter weibull functions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.4
s.247
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pp.409-419
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2006
The actuating performance of plate-type unimorph piezoelectric composite actuators having various stacking sequences was evaluated by three dimensional finite element analysis on the basis of thermal analogy model. Thermal residual stress distribution at each layer in an asymmetrically laminated plate with PZT ceramic layer and thermally induced dome height were predicted using classical laminated plate theory. Thermal analogy model was applied to a bimorph cantilever beam and LIPCA-C2 actuator in order to confirm its validity. Finite element analysis considering thermal residual deformation showed that the bending behavior of piezoelectric composite actuator subjected to electric loads was significantly different according to the stacking sequence, thickness of constituent PZT ceramic and boundary conditions. In particular, the increase of thickness of PZT ceramic led to the increase of the bending stiffness of piezoelectric composite actuator but it did not always lead to the decrease of actuation distance according to the stacking sequences of piezoelectric composite actuator. Therefore, it is noted that the actuating performance of unimorph piezoelectric composite actuator is rather affected by bending stiffness than actuation distance.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.12
s.255
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pp.1543-1550
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2006
Since the performance of joints usually determines the structural efficiency of composite structures, an extensive knowledge of the behavior of adhesive joints and the related effect on joint strength is essential for design purposes. In this study, the torque capacity of adhesive joints was predicted using the combined thermal and mechanical analyses when the adherend was a composite tube. A finite element analysis was performed to evaluate residual thermal stresses developed in the joint, and mechanical s stresses in the adhesive were calculated including both the nonlinear adhesive behavior and the behavior of composite tubes. Three different joint failure modes were considered to predict joint failure: interfacial failure, adhesive bulk failure, and adherend failure. The influence of the composite adherend stacking angle on the residual thermal stresses was investigated, and how the residual thermal stresses affect the joint strength was also discussed. Finally, the predicted results were compared with experimental results available in literature.
The single fiber pull-out technique has been commonly used to characterize the mechanical behavior of fiber/matrix interface in fiber reinforced composite materials. In this study, an improved analysis considering the effect of thermal residual stresses in both radial and axial directions is developed for the single fiber pull-out test. It is found to have the pronounced effects on the stress transfer properties across the interface and the interfacial debonding behavior.
The present study experimentally and analytically investigated the push-out behaviour of H-shaped steel section embedded in ultrahigh-performance fibre-reinforced concrete (UHPFRC). The effect of significant parameters such as the concrete types, fibre content, embedded steel length, transverse reinforcement ratio and concrete cover on the bond stress, development of bond stress along the embedded length and failure mechanism has been reported. The test results show that the bond slip behaviour of steel-UHPFRC is different from the bond slip behaviour of steel-normal concrete and steel-high strength concrete. The bond-slip curves of steel-normal concrete and steel-high strength concrete exhibit brittle behaviour, and the bond strength decreases rapidly after reaching the peak load, with a residual bond strength of approximately one-half of the peak bond strength. The bond-slip curves of steel-UHPFRC show an obvious ductility, which exhibits a unique displacement pseudoplastic effect. The residual bond strength can still reach from 80% to 90% of the peak bond strength. Compared to steel-normal concrete, the transverse confinement of stirrups has a limited effect on the bond strength in the steel-UHPFRC substrate, but a higher stirrup ratio can improve cracking resistance. The experimental campaign quantifies the local bond stress development and finds that the strain distribution in steel follows an exponential rule along the steel embedded length. Based on the theory of mean bond and local bond stress, the present study proposes empirical approaches to predict the ultimate and residual bond resistance with satisfactory precision. The research findings serve to explain the interface bond mechanism between UHPFRC and steel, which is significant for the design of steel-UHPFRC composite structures and verify the feasibility of eliminating longitudinal rebars and stirrups by using UHPFRC in composite columns.
Arrayed ultrasonic sensors based on the piezoelectric thin film (lead-zirconate-titanate: Pb($Zr_{0.52}Ti_{0.48})O_{3}$) having composite membrane structure are fabricated. Different thermal and elastic characteristics of each layer generate the residual stress during the high temperature deposition processes, accomplished diaphragm is consequently bowing. We present the membrane deflection effects originated from the residual stress on the resonant frequencies of the sensor chips. The resonant frequencies ($f_r$) measured of each sensor structures are located in the range of $87.6{\sim}111\;kHz$, these are larger $30{\sim}40\;kHz$ than the resultant frequencies of FEM. The primary factors of $f_r$ deviations from the ideal FEM results are the membrane deflections, and the influence of stiffness variations are not so large on that. Membrane deflections have the effect of total thickness increase which sensitively change the $f_r$ to the positive direction. Stress generations of the membrane are also numerically predicted for considering the effect of stiffness variations on the $f_r$.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.9
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pp.3148-3154
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2010
This paper presents the probabilistic analysis for fatigue life of Glass/Epoxy laminates with impact-induced damage. For this, a series of impact tests were perfomed on the Glass/Epoxy laminates using instrumented impact testing machine. Then, tensile and fatigue tests carried out so as to generate post-impact residual strength and fatigue life. Two Parameter Weibull distribution was used to fit the residual strength and fatigue life data of Glass/Epoxy composite laminates. The residual strength was affected by impact energy and their variance decreased with increasing of impact energy. The fatigue life of impacted laminates was greatly reduced by impact energy and this trend depended on applied stress amplitude. Additionally, the variation of fatigue life was gradually decreased with the applied stress amplitude.
In this work, an elastic-plastic stress analysis has been conducted for silicon carbide fiber reinforced magnesium metal matrix composite beam. The composite beam has a rectangular cross section. The beam is cantilevered and is loaded by a single force at its free end. In solution, the composite beam is assumed perfectly plastic to simplify the investigation. An analytical solution is presented for the elastic-plastic regions. In order to verify the analytic solution results were compared with the finite element method. An rectangular element with nine nodes has been choosen. Composite plate is meshed into 48 elements and 228 nodes with simply supported and in-plane loading condations. Predictions of the stress distributions of the beam using finite elements were overall in good agreement with analytic values. Stress distributions of the composite beam are calculated with respect to its fiber orientation. Orientation angles of the fiber are chosen as $0^{circ},\;30^{circ},\;45^{circ},\;60^{circ}\;and\;90^{circ}$. The plastic zone expands more at the upper side of the composite beam than at the lower side for $30^{circ},\;45^{circ}\;and\;60^{circ}$ orientation angles. Residual stress components of ${\sigma}_{x}\;and \;{\tau}_{xy}$ are also found in the section of the composite beam.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.6
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pp.135-141
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1997
Low velocity impact test and compressive residual strength test after impact were performed by using Hercules AS4/3501-6[45/0/-45/90]$_{2s}$ laminated plate to investigate the low velocity impact damage behavior and the post-impact strength degradation on orthotropic composite laminate plate. Due to the lateral impact losd, the load path showed "" shape according to the laminate central deflection. Damage in a laminate occurs by inclined matrix crack at the damage initiation load stage and vertical matrix crack, occurs on the outer surface. Evaluating the compressive residual strength after the low velocty impact test, it could be found that there is a transient range where the compressive residual strength drop suddenly in the initial damage which is in the matrix crack range and the initial delamination area. is in the matrix crack range and the initial delamination area.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.22
no.1
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pp.45-52
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2002
It has been known that tensile residual stresses occurring by the thermal expansion coefficient mismatch between fiber and matrix is a cause of the weak strength of metal matrix composites(MMCs). In order to solve this problem, TiNi alloy fiber was used as a reinforced material in TiNi/A16001 shape memory alloy composite in this study. TiNi alloy fiber improves the tensile strength of the composite by causing compressive residual stress in matrix on the basis of its shape memory effect. Pre-strain was imposed to generate the compressive residual stresses inside the TiNi/A16001 shape memory alloy composites. AE technique was used to quantify the microscopic damage behavior of the composite at high temperature. The effect of applied pre-strains on the AE behavior was also evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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