This paper describes the crashworthiness evaluation and performance improvement of tilting train made of sandwich composites. The applied sandwich composite of carbody structure was composed of aluminum honeycomb core and glass/epoxy & carbon/epoxy laminate composite facesheet. Crashworthiness analysis of tilting train was carried out using explicit finite element analysis code LS-DYNA 3D. The 3D finite element model and 1D equivalent model were applied to save the finite element modeling and calculation time for crash analysis. The crash conditions of tilting train were conducted according to four crash scenarios of the Korean railway safety law. It found that the crashworthiness analysis results were satisfied with the performance requirements except the crash scenario-2. In order to meet the crashworthiness requirements for crash scenario-2, the stiffness reinforcement for the laminate composite cover and metal frames of cabmask structure was proposed. Consequentially, it has satisfied the requirement for crash scenario-2.
Park, Jung;Park, Hoon-Cheol;Yoon, Kwang-Joon;Goo, Nam-Seo;Lee, Jae-Hwa
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.7
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pp.44-50
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2002
Low-velocity impact on composite sandwich panel has been investigated. Contact force is computed from a proposed modified Hertzian contact law. The Hertzian contact law is constructed by adjusting numerical value of the exponent and reducing the through-the- thickness elastic constant of honeycomb core. The equivalent transverse elastic constant is calculated from the rule of mixture. Nonlinear equation to calculate the contact force is solved by the Newton-Raphson method and time integration is done by the Newmark-beta method. A finite element program for the low-velocity impact analysis is coded by implementing these techniques and an 18-node assumed strain solid element. Behaviors of composite sandwich panels subjected to low-velocity impact are analyzed for various cases with different geometry and lay-ups. It has been found that the present code with the proposed contact law can predict measured contact forces and contact times for most cases within reasonable error bounds.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.34
no.3
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pp.38-52
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1997
Aluminum-faced honeycomb-cored sandwich panels as hull plating can provide structural weight savings when compared with the conventional aluminum single panels. The aim of the present paper is to confirm the feasibility of the sandwich panels for the hull material of fast ferries through designing an 80m class proto-type fast passenger/car ferry. For the case study, the structural design for the same principal particulars using the aluminum single panels is also performed, and the design results for the two types will be compared to confirm the weight savings between the two construction methods. The economics of a ship, being comprised of the shipbuilding cost and ship operaing cost, will require a cost analysis including a quantitative comparison between the two construction methods and the results of the cost analysis will be presented. Finally, the reasons why aluminum sandwich panels have not presently been used as the hull material for large size fast vessels will be discussed.
This paper describes the evaluation of structural performance test and finite element analysis to verify the design of Bimodal Tram made of sandwich composites. The sandwich composite applied to vehicle structure was composed of a aluminum honeycomb core and WR580/NF4000 glass fabric/epoxy laminate composite facesheet. The load tests of vehicle structure were conducted for vertical load, compressive load, torsion and modal analysis according to JlS E 7105. The structural Integrity of vehicle was evaluated by the measurement of displacement, stress and natural frequency obtained from dial gauge, strain gauge and gravity sensor, respectively. And finite element analysis using ANSYS v11.0 was done to compare with structural test. The results showed that the displacement, stress and natural frequency were in an good agreement with those of structural analysis using the proposed finite element models.
Sandwich panels with three different joint configurations were tested to design a novel sandwich joint structure that can effectively support both the tensile and compressive loads. The sandwich core was mainly aluminum flex honeycomb but the PMI foam core was limitedly applied to the ramp area which is transition part from sandwich to solid laminate. The face of sandwich panel was made of carbon fiber composite. For configuration 1, the composite flange and the sandwich panel were cocured. For configurations 2 and 3, an aluminum flange was fastened to the solid laminate by HI-LOK pins and adhesive. The average compressive failure loads of configurations 1, 2, and 3 were 295, 226, and 291 kN, respectively, and the average tensile failure loads were 47.3 (delamination), 83.7 (bolt failure), and 291 (fixture damage) kN, respectively. Considering the compressive failure loads only, both the configurations 1 and 3 showed good performance. However, the configuration 1 showed delamination in the corner of the composite flange under tension at early stage of loading. Therefore, it was confirmed that the structure that can effectively support tension and compressive loads at the same time is the configuration 3 which used a mechanically fastened aluminum flange so that there is no risk of delamination at the corner.
Kim, Kwang-Soo;An, Jae-Mo;Jang, Young-Soon;Yi, Yeong-Moo
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.1
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pp.29-34
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2010
In this study, joint strength and failure characteristics were experimentally examined with pull-out and shear specimens in which new designed "high strength insert" was applied. The performance of the new insert was compared with typical insert design. The experimental results showed that the "high strength insert" had the joint strengths of 2.1 times in the pull-out specimens and 2.04 times in the shear specimen compared with typical insert joints. Therefore, the new developed "high strength insert" will be usefully used in the aerospace structure.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.25
no.6
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pp.471-478
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2016
This paper describes a method to design a lightweight modular bridge for a railway infrastructure system. A lightweight design was achieved using the material selection method. Aluminum extrusions and honeycomb sandwich composites were selected as the best materials to reduce the weight of the upper structure of a conventional modular bridge made of carbon-steel material. The structural integrity of the lightweight modular bridge was evaluated under vertical and wind loads. The twisting and bending natural frequencies were also evaluated to investigate its dynamic characteristics. The results showed that the structural integrity and natural frequencies of the lightweight modular bridge, made of aluminum extrusion and sandwich composites, satisfied the design requirements. Moreover, it was found that the weight of the conventional modular bridge made of carbon steel could be reduced by a maximum of 47% using lightweight materials.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.9
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pp.771-780
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2012
Naro-science satellite which will be launched by KSLV-1 has been successfully developed. Naro-science satellite is a 100kg-class small size science satellite whose structure is composed of one of a typical light and high strength aluminum honeycomb sandwich panel. In this research, dynamic responses of the satellite with respect to the design requirements were investigated by means of real experiments and numerical finite element analyses. The core technologies of the structure design and analysis about fracture and safety has been obtained through a wide range of analyses and tests. The results obtained in this study can be significantly utilized for the next generation satellite development.
The purpose of this paper is to investigate failure characteristics of Carbon/BMI-Nomex honeycomb sandwich on design parameters. A total of 6 types sandwich specimens were manufactured according to core height, face thickness and density, and environmental condition were applied to evaluate temperature and humidity effects of one of these specimens. The test results show that the core shear buckling loads was commonly observed in all specimens except for the joint with density of $64kg/m^3$. After core shear buckling, however, the joint carried additional loads over the buckling loads and then finally failed in the upper face and lower face at the same time. In the case of specimen having high stiffness, the maximum failure load was low due to interfacial failure of the upper face and core without initial core shear buckling. The ETW1 and ETW2 conditions, which were carried out to evaluate the environmental condition of the sandwich specimen, show an initial failure mode which was significantly different from RTD condition. Also, the ETW2 condition with increased temperature under the same humidity shows that the core shear buckling load was 18% less than ETW1 condition.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.4
s.247
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pp.473-480
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2006
This paper explains analytical and experimental studies to evaluate the natural frequency of a composite carbody of Korean tilting train. The composite carbody with length of 23m was manufactured as a sandwich structure composed of 40mm-thick aluminium honeycomb core and 5mm-thick woven fabric carbon/epoxy face. From the finite element analysis, the 1st bending and 1st twisting natural frequency of the composite carbody were 11.67Hz and 14.4Hz, respectively. In order to verify the analytical results, the natural frequency measuring tests were performed. The measured 1st bending and twisting natural frequencies of the composite carbody were 10.25Hz and 11.0Hz, respectively. Both of these results satisfied the design requirement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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