Fiber-reinforced composite laminates have high specific stiffness and strength and are expected to be useful for weight reduction in weight-sensitive industries, such as automotive and aerospace. However, designing composite laminates is often dependent on designer's experience and intuition because of difficulties in determining the number of plies and stacking sequence, which tends to lead to over-design. In this study, optimal design of composite laminates was performed to minimize weight, while withstanding the given load. Based on the enumeration method, all combinations of stacking sequence satisfying the design guideline for composite laminates were considered. Composite laminates were discretized into panels. Optimal number of plies and stacking sequence for each panel were determined considering local load on each panel and contiguity across adjacent panels. Failure index from Tsai-Wu criteria was optimized for strength and buckling analysis was performed for compressive load. Stacking angles of 0, ±45 and 90° were used.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.10
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pp.1824-1832
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1992
This study investigated the compressive Young's modulus and the impactinduced damage of CFRP angle-ply laminate under same impact energy condition. The specimens of angle-ply laminate composites [0.deg.$_{6}$/ .theta..deg.$_{10}$/ 0.deg.$_{6}$] with .theta..deg. =30.deg., 45.deg., 60.deg. and 90.deg. were employed, and damaged by steel balls of diameter of 5mm and 10mm propelled by air gun type impact testing machine. The impact damaged zones were observed through a scanning acoustic microscope(SAM), and their cross-sections were observed through a scanning electron microscope(SEM). The compressive Young's moduli before and after impact were measured, and compared with the theoretical values calculated. The results obtained were as follows: (1) The damage areas on the interfacial boundaries showed more severe change on the back side interface than on the impact side interface with increasing ply-angle. (2) The damage areas on the interfacial boundaries became larger with increasing impact velocity or ply-angle. (3) The impact damaged zone showed the delamination on the interfacial boundaries and transverse cracks inside laminas. (4) The impact damaged zone was affected by the impactor size and speed or ply-angle under same impact energy condition. (5) Compressive Young's moduli before and after impact were lower than theoretical value, but showed a similar change according to ply-angle. (6) Compressive Young's moduli after impact were higher than those before impact, but there was no remarkable change in apparent compressive modulus after impact.t.act.
Kim, Sung-Ho;Youn, Gil-Ho;Kim, Yong-Cheol;Kim, Jae-Hwan;Yun, Hyun-Do
Journal of the Korean Institute of Educational Facilities
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v.19
no.5
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pp.29-36
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2012
The goals of this study are to develop a sprayable strain-hardening cement composite (SHCC) and to investigate the potential of the sprayable SHCC for packing the joint between existing R/C building and seismic retrofit elements. This paper provides the procedure for the development of a sprayable SHCC, test results of fresh properties required to a sprayable SHCC, and mock-up test results of developed sprayable SHCC. Control mixture of polyvinyl alcohol (PVA) fiber-reinforced SHCC (PVA-SHCC) was predetermined based on available research results. The pumpability and sprayability of the SHCC mixture were depended on the fluid property of fresh SHCC mixture. In this study, the effects of admixtures such as AE agent and fly ash on the rheological and rebound properties of control SHCC mixture were investigated to determine a sprayable SHCC mixture. Flow values and air content during shotcreting procedure of sprayable SHCC were also evaluated. The results show that flow or flowability and amount of air of three SHCC mixtures decreased almost linearly according to shotcreting procedure from mixer to nozzle. And the pumpability and sprayability of mixture with AE agent and low amounts of fly ash were superior to the those of SHCC. Mock-up test result show that developed sprayable SHCC indicates much improved workability and shotcrete construction period than conventional method(nonshrinkage mortar).
Since composite structures are widely used in structural engineering, delamination in such structures is an important issue of research. Delamination is one of a principal cause of failure in composites. In This study the electrical potential (EP) technique is applied to detect and locate delamination in basalt fiber reinforced polymer (FRP) laminate composite pipe by using electrical capacitance sensor (ECS). The proposed EP method is able to identify and localize hidden delamination inside composite layers without overlapping with other method data accumulated to achieve an overall identification of the delamination location/size in a composite, with high accuracy, easy and low-cost. Twelve electrodes are mounted on the outer surface of the pipe. Afterwards, the delamination is introduced into between the three layers (0º/90º/0º)s laminates pipe, split into twelve scenarios. The dielectric properties change in basalt FRP pipe is measured before and after delamination occurred using arrays of electrical contacts and the variation in capacitance values, capacitance change and node potential distribution are analyzed. Using these changes in electrical potential due to delamination, a finite element simulation model for delamination location/size detection is generated by ANSYS and MATLAB, which are combined to simulate sensor characteristic. Response surfaces method (RSM) are adopted as a tool for solving inverse problems to estimate delamination location/size from the measured electrical potential changes of all segments between electrodes. The results show good convergence between the finite element model (FEM) and estimated results. Also the results indicate that the proposed method successfully assesses the delamination location/size for basalt FRP laminate composite pipes. The illustrated results are in excellent agreement with the experimental results available in the literature, thus validating the accuracy and reliability of the proposed technique.
Composite ablative tubes required capabilities of ablative and structural characteristics were fabricated through filament winding technique and several experiments were conducted to evaluate the structural performance of composite ablative tubes. For this purpose, manufacturing procedures were briefly described and then resin digestion method was applied to measure the fiber volume fraction and the void content of composite ablative tubes. The configuration of tensile specimen fur composite ablative tubes with not losing the continuity of reinforced fibers was suggested by evaluating mechanical properties of several types of the specimen with different widths. Also, suitable processing variables for composite ablative tubes were determined by evaluating mechanical properties of several types of the specimen with different processing variables. In addition, acoustic emission signals were obtained during the proof test and could be applicable to study the crack initiation and the damage mode of composite ablative tubes. Finally, the structural reliability of composite ablative tubes could be verified to satisfy design requirements through the proof and burst tests.
In this paper, we present the result of an experimental investigation pertaining to the structural behavior of bolted lap-joint connection of pultruded fiber reinforced plastic structural shapes. In the experimental investigation, in order to find the mechanical property of the material, tension and shear tests on the pultruded structural composite specimen are conducted prior to the investigation on the structural behavior of bolted lap-joint connection of the member. Based on the result, number of bolts, type of placement and location of bolt are determined to be a test variable. Three different types of experimental specimens are prepared. Tensile load is applied through the center of the specimen with lap-joint connection and the structural behavior and failure mode of the test specimens with respect to the tensile load increment are investigated. As a result, it is found that most of the failure mode at the lap-joint connection is shear failure mode. Consequently, it is also found that the data obtained through this experimental program could be used for the structure connection design as a basis.
Low temperature cure prepregs are being developed for use in the preparation of large-structured fiber-reinforced polymer (FRP) composites with good performance. Cure behavior and chemorheology of low temperature cure epoxy resin system, based on epoxy resin, curing agent, and accelerators, were investigated to provide a matrix resin suitable for the prepreg preparation. Characteristics of cure reaction were studied in both dynamic and isothermal conditions by means of differential scanning calorimetry and rheometry. The low temperature cure epoxy resin system suggested in this study as a matrix resin was curable at $80^{\circ}C$ for 3 h, and showed the gel times of 120 and 20 min at 80 and $90^{\circ}C$, respectively. Thermal and mechanical properties of the cured sample were almost the same as high temperature cure counterparts.
Kim, Jong-Hyun;Shin, Pyeong-Su;Kim, So-Yeon;Park, Joung-Man
Composites Research
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v.33
no.1
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pp.1-6
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2020
Dispersion and electrical resistance (ER) properties of polyurethane (PU) type topcoat were evaluated using carbon nanotube (CNT) with different CNT weight fraction. CNT was dispersed in PU type topcoat using ultra sonication dispersion method. CNT/PU topcoat was coated on carbon fiber reinforced epoxy composite (CFRC) surface using gravity feed spraying method. Static contact angles of CFRC and CNT/PU topcoat were performed using 4 types of solvents to calculate the work of adhesion between CNT/PU topcoat and CFRC surface. Surface resistance of CNT added PU topcoat was measured to determine CNT dispersion. Adhesion property between CNT/PU topcoat and CFRC was determined via cross hatch cutting test based on ASTM D3359. The optimized condition of CNT weight fraction was found.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.21
no.4
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pp.425-433
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2001
A correlation between fatigue damage and acousto-ultrasonic (AU) parameters has been obtained from signals acquired during fatigue loading of the single-lap joints of a carbon-fiber reinforced plastic (CFRP) laminates and A16061 plate. The correlation showed an analogy to those representing the stiffness reduction $(E/E_0)$ of polymer matrix composites by the accumulation of fatigue damage. This has been attributed to the transmission characteristics of acoustic wave energy through bonded joints with delamination-type defects and their influence on the change of spectral content of AU signals. Another correlation between fatigue cycles and the spectral magnitude of acoustic emission (AE) signals has also been found during the final stage of fatigue loading. Both AU and AE can be applied almost in real-time to monitor the evolution of damage during fatigue loading.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.19
no.6
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pp.439-447
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1999
One of the problems for practical use of fiber-reinforced plastics is the performance degradation by fatigue damage in the joints. The study is to develop a nondestructive technique for real-time evaluation of adhesively bonded composite-metal joints. From the prior study we confirmed that the bonding strength can be estimated from the correlation between the qualify of bonded parts and AUP's. We obtained a curve showing the correlation between the degree of fatigue damage and AUP's calculated from signals acquired during fatigue loading of single-lap and double-lap joints of CFRP and Al6061. The curve is an analogy to the one showing stiffness reduction ($E/E_o$) of polymer matrix composites by fatigue damage. From those facts, it is plausible to predict the degree of fatigue damage in real-time. Amplitude and AUP2 appeared to be optimal parameters to provide more reliable results for single-lap joints whereas Amplitude and AUP2 did for double-lap joints. It is recommended to select optimal parameters for different geometries in the application for real structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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