Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.04a
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pp.87-90
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2004
In this paper, geometrically non-linear finite element analyses were performed to study the mechanical behavior of the material system of the envelope of stratospheric airships. The microstructure of the loadbearing plain weave layer was identified and modeled. The Updated Lagrangian formulation was employed to consider the geometric non-linearity as well as the induced structural non-linearity for the fiber tows. The stress-strain behavior was predicted and the effective elastic modulus was calculated by numerical experiments. It was found the non-linear stress-strain curves were largely different from those by linear analysis with much higher non-linear elastic moduli. The difference was more distinguishable when the tow waviness was smaller.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.19
no.3
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pp.180-188
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1999
The dynamic elastic properties of metal matrix composites were investigated by resonant ultrasound spectroscopy(RUS). The composites used in this study consisted of 2124 aluminum alloy reinforced with different concentrations of SiC particles. RUS can determine the nine independent elastic stiffness($C_{ij}$) for the orthorhombic symmetry on a small specimen simultaneously. The elastic constants were determined as a function of the volume fraction. A concept of effective aspect ratio. which combine the aspect ratio and the orientation of reinforcement. was used to calculate the initial moduli from Mori-Tanaka theory for the input of RUS minimization code. Young's moduli can be obtained from the measured stiffnesses. The results show that the elastic stiffness increases with increment of the particle content. The behavior of elastic stiffness indicates that the particle redistribution induced by the extrusion process enlarges the transversely isotropic symmetry as the fraction of reinforced particles increase. This relationship could be used for determination of the volume fractions of reinforcement as a potential tool of nondestructive material characterization.
This paper discusses a new model for investigating the micro-mechanical behavior of beam-like structures composed of various elastic moduli and complex geometries varying through the cross-sectional directions and also periodically-repeated along the axial directions. The original three-dimensional problem is first formulated in an unified and compact intrinsic form using the concept of decomposition of the rotation tensor. Taking advantage of two smallness of the cross-sectional dimension-to-length parameter and the micro-to-macro heterogeneity and performing homogenization along dimensional reduction simultaneously, the variational asymptotic method is used to rigorously construct an effective zeroth-order beam model, which is similar a generalized Timoshenko one (the first-order shear deformation model) capable of capturing the transverse shear deformations, but still carries out the zeroth-order approximation which can maximize simplicity and promote efficiency. Two examples available in literature are used to demonstrate the consistence and efficiency of this new model, especially for the structures, in which the effects of transverse shear deformations are significant.
Kim, Jong-Hee;Kim, Kun-Woo;Kim, Cheol-Gi;Lee, Seung-Goo;Koo, Man-Hoi
Korean Journal of Materials Research
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v.22
no.3
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pp.136-139
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2012
Magnetic nanoparticles for ferromagnetic fluids and magnetorheological fluids were prepared by chemical coprecipitation and mechanical milling, respectively. The surface-treated particles were dispersed at various weight ratios into a medium of polyethylene glycol. In order to evaluate the elastic modulus of the fluids, ultrasonic pulse velocities were measured with an ultrasonic test using transducers of 5MHz and 2.25MHz. The ultrasonic signals were only available with a transducer of 2.25 MHz at fluid concentrations of 5 mg/ml and lower. In the case of applying transducers over 2.25 MHz and concentrations over 5 mg/ml to the fluids, it was impossible to observe effective ultrasonic signals due to an excessive scattering of the pulses by the dispersed particles. Elastic moduli of the magnetorheological fluids were 5.44 GPa and 6.13 GPa with concentrations of 25 mg/ml and 50 mg/ml, respectively; these values were higher by 40% than the values of 4.04 GPa and 4.28 GPa of ferromagnetic fluids at the same concentrations. As for the effect of an external magnetic field on these dilute fluids, the ultrasonic signals were positioned in a very similar way, which was probably due to insufficient arrangement of the particles even though the reflection energy of the ultrasonic waves apparently increased.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.26
no.4
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pp.55-62
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2019
Stiffness-gradient stretchable electronic packages of the soft PDMS/hard PDMS/FPCB structure were processed using the polydimethylsiloxane (PDMS) as the base substrate and the more stiff flexible printed circuit board (FPCB) as the island substrate. The elastic characteristics of the stretchable packages were estimated and their long-term reliabilities on stretching cycles and bending cycles were characterized. With 0.28 MPa, 1.74 MPa, and 1.85 GPa as the elastic moduli of the soft PDMS, hard PDMS, and FPCB, respectively, the effective elastic modulus of the soft PDMS/hard PDMS/FPCB package was estimated as 0.6 MPa. The resistance of the stretchable packages varied for 2.8~4.3% with stretching cycles ranging at 0~0.3 strain up to 15,000 cycles and for 0.9~1.5% with 15,000 bending cycles at a bending radius of 25 mm.
[ $Cu-TiB_2$ ] metal matrix composites with various weight fractions of $TiB_2$ were fabricated by combination of manufacturing process, SPS (self-propagating high-temperature synthesis) and SPS (spark plasma sintering). The feasibility of $Cu-TiB_2$ composites for welding electrodes and sliding contact material was investigated through experiments on the tensile properties, hardness and wear resistance. To obtain desired properties of composites, composites are designed according to reinforcement's shape, size and volume fraction. Thus proper modeling is essential to predict the effective material properties. The elastic moduli of composites obtained by FEM and tensile test were compared with effective properties from the original Eshelby model, Eshelby model with Mori-Tanaka theory and rule-of-mixture. FEM result showed almost the same value as the experimental modulus and it was found that Eshelby model with Mori-Tanaka theory predicted effective modulus the best among the models.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.11a
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pp.95-98
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2005
This paper proposes the solutions predicting the coefficient of the thermal expansion changes of composites which include the fiber-like shaped ($a_1$ > ($a_2$ = ($a_3$) and the disk-like shaped (al = a2> a3) inclusions like two dimensional geometries, which has one aspect ratios, ${\alpha}$ = ($a_1$ /($a_3$). The analysis follows the procedure developed for elastic moduli by using the generalized approach of Eshelby’s equivalent tensor. The influences of the aspect ratios, on the effective coefficient of thermal expansion of composites containing aligned isotropic inclusions are examined. This model should be limited to analyze the composites with unidirectionally aligned inclusions and with complete binding to each other of both matrix and inclusions having homogeneous properties. The coefficient of thermal expansion of composites (${\theta}_{11}$,${\theta}_{22}$and ${\theta}_{33}$) are investigated. From material data of the composites with glass fiber in epoxy resin, the thermal expansions along the aspect ratio were obtained and similar to the Chow model. The longitudinal coefficients of thermal expansion ${\theta}_{11}$decrease, as the aspect ratios increase. However, the transverse coefficients of thermal expansion ${\theta}_{22}$increase or decrease, as the aspect ratios increase. And both of them decrease, as the concentration increases.
This paper will examine the possibilities of the virtual tests of composite structures by simulating mechanical behaviors by using supercomputing technologies, which have now become easily available and powerful but relatively inexpensive. We will describe mainly the applications of large-scale finite element analysis using the direct numerical simulation (DNS), which describes composite material properties considering individual constituent properties. DNS approach is based on the full microscopic concepts, which can provide detailed information about the local interaction between the constituents and micro-failure mechanisms by separate modeling of each constituent. Various composite materials such as metal matrix composites (MMCs), active fiber composites (AFCs), boron/epoxy cross-ply laminates and 3-D orthogonal woven composites are selected as verification examples of DNS. The effective elastic moduli and impact structural characteristics of the composites are determined using the DNS models. These DNS models can also give the global and local information about deformations and influences of high local in-plane and interlaminar stresses induced by transverse impact loading at a microscopic level inside the materials. Furthermore, the multi-scale models based on DNS concepts considering microscopic and macroscopic structures simultaneously are also developed and a numerical low-velocity impact simulation is performed using these multi-scale DNS models. Through these various applications of DNS models, it can be shown that the DNS approach can provide insights of various structural behaviors of composite structures.
A plated beam is strengthened by bonding a thin plate to the tension face; it often fails because of premature debonding of the thin plate from the original beam in a brittle manner. A sound understanding of the mechanism of such debonding failure is very important for the effective use of this strengthening technique. This paper presents an improved analytical solution for interfacial stresses that incorporates multiple loading conditions simultaneously, including prestress, mechanical and thermal loads, and the effects of adherend shear deformations and curvature mismatches between the beam and the plate. Simply supported beams bonded with a thin prestressing plate and subjected to both mechanical and thermal loading were considered in the present work. The effects of the curvature mismatch and adherend shear deformations of the beam and plate were investigated and compared. The main mechanisms affecting the distribution of interfacial stresses were analyzed. Both the normal and shear stresses were found to be significantly influenced by the coupled effects of the elastic moduli with the ratios $E_a/E_b$ and $E_a/E_p$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.5
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pp.583-588
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2010
The nonlinearity and high deformability of rubber make accurate analysis of the behavior of cord-rubber composites a challenging task. Some researchers have adopted the third phase between cord and rubber and have carried out three-phase modeling. However, it is difficult to determine the thickness and properties of the interface in cord-rubber composites. In this study, a two-dimensional finite-element method (2D FEM) is used to investigate the effective and normalized moduli of cord-rubber composites having interfaces of various thicknesses; this model takes into account the 2D generalized plane strain and a plane strain element. The neo-Hookean model is used for the properties of rubber, several interface properties are assumed and three loading directions are selected. It is found that the properties and thickness of the interface can affect the nonlinearity and the effective modulus of cord-rubber composites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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