Interlaminar fracture toughness of carbon/epoxy composite materials has been studied under tensile and flexural loading by the use of width tapered double cantilever beam(WTDCB) and end notched flexure(ENF) specimens. This study has significantly examined the effect of various interfacial ply orientation, ${\alpha}(0^{\circ},\;45^{\circ}\;and\;90^{\circ})$ and crack propagation direction, ${\theta}(0^{\circ},\;15^{\circ},\;30^{\circ}\;and\;45^{\circ})$ in terms of critical strain energy release rate through experiments. Twelve differently layered laminates were investigated. The data reduction for evaluating the fracture energy is based on compliance method and beam theory. Beam theory is used to analyze the effect of crack propagation direction. The geometry and lay-up sequence of specimens are considered various conditions such as skewness parameter, beam volume, and so on. The results show that the fiber bridging occurred due to the non-midplane crack propagation and causes the difference of fracture energy evaluated by both methods. For safer and more reliable composite structures, we obtain the optimal stacking sequence from initial fracture energy in each mode.
The R-curve for in situ-toughened SiC-30 wt% TiC composites was estimated by the indentation-strength method and compared to that of monolithic SiC with toughened microstructure. Both materials exhibited rising R-curve behavior. The SiC-TiC composites, however, displayed better damage tolerance and higher resistance to crack growth. Total volume fractions of SiC key grains, which take part in toughening mechanisms such as crack bridging and crack deflection, were 0.607 for monolithic SiC ceramics and 0.614 for SiC-TiC composites. From the microstructural characterization and the residual stress calculation, it was inferred that this superior performance of SiC-TiC composites can be attributed to stress-induced microcracking at heterophase (SiC/TiC) boundaries and some contribution from carck deflection by TiC grains.
If Fiber Reinforced Metal Laminates(FRMLs) were delaminated, the decrease of stiffness and fiber bridging effect would result in the sudden aggravation of fatigue characteristics. It was reported that the delamination of FRMLs resulted from the crack of metal layers and that it depended on the crack growth. While cracks were made in FRMLs containing a saw-cuts under fatigue loading, cracks could be produced or not in FRMLs with circular holes under the same condition. When the FRMLs with the circular holes produce not the crack but the delamination, it is not possible to analyze it by the conventional fracture parameters expressed as the function of the crack. And so, this research suggests a new analytical model of the delamination to make the comparison of the delamination behavior possible whenever the cracks occur or not. Therefore, a new analytical model called Pseudo Crack Model(PCM) was suggested to compare the delaminations whether cracks were made or not. The relationship between the crack energy consumption rate( $E_{crack}$) and the delamination energy consumption rate( $E_{del}$) was discussed and it was also known that the effect of $E_{del}$ was larger than that of $E_{crack}$.
Al2O3/(5~20vol%)LaAl11O18 composites in which the second phase was dispersed with a elongated grain shape were fabricated using Al2O3 and La2O3 composition by hot-pressing. In order investigate the in-fluence of LaAl11O18 on the toughening of LaAl11O18 on the toughening of Al2O3 matrix composites AE(acoustic emission) analysis was con-ducted together with an evaluation of fracture toughness using of SEPB technique. The degree of AE events occurred in composites were more than those in monolithic alumina. The occurrences of AE event increased with increasing the amount of LaAl11O18 phase in the Al2O3/LaAl11O18 composite is two times higher compared to monolithic alu-mina. The main toughening mechanism was attributed to the bridging of LaAl11O18 grains at tip of pro-pagating crack.
연속섬유강화 복합재료의 경우 보강섬유의 파괴, 모재의 파괴, 섬유와 모재의 분리, 층간파괴 등의 복합적인 파괴현상이 동반되고 특히 균열성장과 균열성장 정지가 균열가교 현상 때문에 반복되므로 안정성장과 불안정성장이 불규칙하게 반복된다. 따라서 주균열 성장의 개시점과 불안정 파괴점에서의 파괴인성치를 정확하게 결정한다는 것은 매우 어려운 것이다. 본 연구에서는 CFRP에 대하여 파괴인성 실험과 병행하여 실시간으로 결함을 검출하는 새로운 방법인 AE분석법 및 비디오 마이크로 스코프를 이용하여 파괴과정을 기록하여 검토, 분석함으로서 손상의 정도와 파괴기구를 규명하였을 뿐만 아니라 주균열 성장의 개시점, 균열가교 역할을 하는 섬유다발의 파단점, 균열의 불안정 파괴 개시점을 찾아 이를 기초로 균열진전 저항곡선에 의한 파괴인성치를 평가하여 신뢰성 있는 파괴인성 측정법을 제시하였다.
Woven fabrics composites are used as primary structural components in many applications because of their superior properties that offer high specific strength and stiffness. However, the complexity of the fabric structure makes understanding of their failure behavior very difficult. Also, laminate woven fabrics CFRP have unique failure mechanisms such as fiber bridging, fiber/matrix crack and so on. In particular, the delamination phenomenon of the composite materials is one of the most frequent failure mechanisms. So, we estimated interlaminar fracture and damage in composites using as ENF specimen by a 3 point bending test. And AE characteristics were examined for crack propagation on plain woven CFRP. We obtained the following conclusions from the results of the evaluation of the 3 point bending fracture test and AE characteristic estimation. AE counts of maximum crack length were obtained as $85.97{\times}10^4\;and\;93{\times}10^3\;for\;a_0/L=0.3$ and 0.6, respectively. Also the maximum amplitudes were over 80dB at both $a_0/L=0.3\;and\;0.6$. $G_{IIc}$ at that's $a_0/L$ ratio were obtained with $1.07kJ/m^2\;and\;3.79kJ/m^2$.
균열점토에 대한 강섬유 사용 가능성을 평가하기 위하여 균열이 있는 보강점토와 비보강점토 시료에 대한 일축압축실험을 실시하였다. 실험결과 강섬유 보강으로 인하여 균열의 시작과 진행에 대한 저항력에 증가하므로써 균열 시작시 응력과 파괴시 극한응력이 증가되었다. 균열의 시작과 진행에 대한 저항력의 증가는 점토시료에서 강섬유에 의한 균열진행의 억제 또는 진행방향의 변경과 관련되어 있음을 알 수 있었다. 파괴역학 이론과 섬유로 보강된 물질에서의 일반미케니즘을 적용하여 실험결과에 대한 이론적인 해석이 이루어졌다. 해석결과 강섬유의 인발작용을 통한 연결효과로 인하여 시료에서 균열의 진행에 대한 저항력이 증가됨을 알 수 있었다. 이론적인 분석에 의하여 예측된 인발력은 인발실험으로 부터 산정된 값과 비교적 잘 일치되었다.
한국정보디스플레이학회 2009년도 9th International Meeting on Information Display
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pp.288-289
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2009
Using a mechano-luminescent (ML) material enabling the visualization of fast propagating cracks with bridging or transformed wake evolutions under a conventional loading condition, the quasi-dynamic fracture mechanisms in association with two different types of crack wake developments wewe investigated in various ceramic.
Alumina ceramics was reinforced by in-situ formation of La-${\beta}$-aluminate in ${\alpha}$-alumina matrix. The powder mixture of which composition is (100-12x)Al2O3+x(La2O3+11Al2O3) was prepared for the formation of La-${\beta}$-aluminate in ${\alpha}$-alumina matrix. The amount of La-${\beta}$-aluminate in the matrix was controlled by varing x which is number of moles. The dense composite was produced by sintering at 1600$^{\circ}C$ in air or hot-pressing at 1550$^{\circ}C$ under 30 MPa. Bending strength and fracture toughness were increased, resulting from the grain growth inhibition and the crack deflection and crack bridging mechanism when La-${\beta}$-aluminate was produced in ${\alpha}$-alumina matrix.
하이브리드 복합재료 중에서 적충형태의 Al/GFRP는 단일재 알루미늄에 비해 피로특성, 비강도, 비강성 등이 매우 우수하여 Fig. 1과 같이 항공기 주익 구조에 주로 적용된다. 그러나 이러한 Al/GFRP 적층재 역시 장시간에 걸쳐 비행하중을 받게 되면 다양한 형태의 파손이 발생할 수 있다. 이 중 알루미늄층과 섬유층 사이에서 발생하는 층간분리는 Al/GFRP 적층재의 대표적인 피로파손 형태이며, 현재 이러한 파손은 다 방면으로 연구되고 있다.(중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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