This study is to investigate experimentally relationships between the impact energy and moisture absorption characteristies vs.the residual bending strength with the variation of stacking seqences. When Carbon-fiber reinforced plastics(CFRP) impact-induced laminates are subjected to the high temperatures and hygrothermal effects, it is found that what CFRP laminates are impacted by a steel ball (5 mm in diametar) ; thus, the generated delamination is observed by the ultrasonic microscope. And the residual bending strength is evaluated by a three-point bending test. Also, a thermostat is used in test with the unimpacted and impacted specimens for the moisture experimentaiton. The percision electro lever scles is used to measure the moisture content(1/10, 000g).
건물에너지 저감에 효과적으로 기여하는 건축 재료를 이용하는 목조주택을 기반으로 단열 성능이 향상되고 있다. 그러나 고단열 고기밀화로 인한 습기 제어가 어려워져 외벽의 결로 및 곰팡이 발생으로 인하여 성능이 저하될 수 있다. 이에 열 습기 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 선정한 5가지 형태의 목조주택 외벽의 열 습기 성능, 결로 발생 및 곰팡이 성장 위험을 평가하였다. 목조주택은 농촌주택 표준설계도 '10과 '14, $2^{{\prime}{\prime}}{\times}6^{{\prime}{\prime}}$형, EIFS 그리고 목조형 패시브 하우스로 선정하였고, 각 벽체 레이어를 구성에 따라 벽 A, B, C, D, E로 구분하였다. 벽체의 열관류율은 각각 0.171, 0.172, 0.221, 0.150, $0.079W/m^2K$이다. 벽 A와 C의 OSB 절대함수량은 기준치 20%를 초과하는 값이 나타났고, 결로 평가를 통하여 단열재 내부 표면에서 겨울철에 결로가 발생할 수 있음을 확인하였다. 벽 D와 E는 외단열 벽체로 다른 벽체에 비하여 함수량 평가와 결로 평가에서 우수한 결과를 보여주었다. 그러나 곰팡이 성장 위험 평가에서 5가지 형태의 벽체 모두 곰팡이 성장 위험성이 있음을 확인하였다. 이에 따라 외벽의 열 습기 성능의 차이는 열적 성능에 의한 발생보다는 레이어 구성에 따른 차이가 발생하는 것으로 판단되었다. 모든 벽체는 비슷한 열적 성능을 가지고 있으나 레이어에 따라 동일한 조건에서의 적합성이 다르게 나타나는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 항공기용 레이돔에 적용되는 복합재의 볼트 체결부 강도에 대한 온도 및 습도 환경의 영향을 연구하였으며 열습환경에 노출된 레이돔 체결부에 대해 수분흡수율을 구하고, 온도와 습도환경에 따른 체결부 강도의 물성변화를 확인하였다. 이때 시편은 환경조건을 고려하여 상온건조(RTD), 고온고습(EWT), 저온건조(CTD) 세 가지로 구분하였으며 볼트 체결부의 파손하중 및 파손모드를 결정하기 위한 실험과 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석의 결과가 체결부 강도와 파손모드에서 실험결과와 잘 일치하였으며 체결부 파손강도 예측이 가능한 효과적인 방법으로 확인하였다.
Currently, CFRP composites are rapidly replacing steel plates, as they are lighter, stronger, and more elastic; however, they are poorly suited to hygrothermal and impact-collapsed environments because moisture can alter their molecule arrangement and chemical properties. In this study, environments are experimentally simulated in order to investigate changes in the moisture absorption inside a CFRP composite and to determine its weakest point. Moreover, changes in the moisture absorption ratio at temperatures of $60^{\circ}C$ and $80^{\circ}C$ are studied and compared in order to understand how changes in temperature affect moisture absorption inside CFRP composites. Results show that moisture absorption leads to a strength reduction of around 50%. In addition, the moisture absorption rate inside CFRP composites is shown to change rapidly with increasing temperature. Accordingly, it showed that the change in matrix also has a weak point.
Owing to an increase in the air tightness of recent buildings, the natural ventilation rate was significantly lowered and the removal of accumulated moisture became difficult in these buildings. The hygrothermal performance of these buildings should be carefully considered to provide comfortable indoor environment by removing the moisture condensation risk and the mold growth potential. In this study, hygrothermal performance of two selected wall structures was investigated based on WUFI simulation program. The results displayed that the indoor temperature had impact on the moisture accumulation in the insulation layer for both modeled walls, showing that lower indoor temperature resulted in higher moisture accumulation, especially in the wood frame structure. Also, the yearly moisture accumulation profile exhibited a downward shift throughout the year by adding a vapour retarder with a lower sd-value. In addition, both of the two walls have condensation risk in winter, due to low temperature level. The wood frame structure has a bigger fluctuation and higher condensation risk than the concrete structure.
Abazid, Mohammad Alakel;Alotebi, Muneerah S.;Sobhy, Mohammed
Structural Engineering and Mechanics
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제67권3호
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pp.219-232
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2018
This paper deals with the static bending of various types of FGM sandwich plates resting on two-parameter elastic foundations in hygrothermal environment. The elastic foundation is modeled as Pasternak's type, which can be either isotropic or orthotropic and as a special case, it converges to Winkler's foundation if the shear layer is neglected. The present FGM sandwich plate is assumed to be made of a fully ceramic core layer sandwiched by metal/ceramic FGM coats. The governing equations are derived from principle of virtual displacements based on a shear and normal deformations plate theory. The present theory takes into account both shear and normal strains effects, thus it predicts results more accurate than the shear deformation plate theories. The results obtained by the shear and normal deformation theory are compared with those available in the literature and also with those obtained by other shear deformation theories. It is concluded that the present results are slightly deviated from other results because the normal deformation effect is taken into account. Numerical results are presented to show the effects of the different parameters, such as side-to-thickness ratio, foundation parameters, aspect ratio, temperature, moisture, power law index and core thickness on the stresses and displacements of the FG sandwich plates.
It is important to satisfy the requirements and standards for the protections of passengers in a car accident. There are lots of studies on the crushing energy absorption of a structure member in automobiles. In this paper, we have studied to investigate collapse characteristics and moisture absorption movements of CFRP( carbon fiber reinforced plastics) structure members when CFRP laminates are under the hygrothermal environment. In particular, the absorbed energy, mean collapse load and deformation mode were analyzed for CFRP members which absorbed most of the collision energy. Also, variation of stacking angle is important to increase the energy absorption capability. The purpose of this study is to evaluate the strength reduction and moisture absorption behavior of CFRP hat shaped member. Therefore we have made a impact collapse experiment to research into the difference of absorbed energy and deformation mode between moisture absorbed specimen and non-moisture absorbed. As a result, the effect of moisture absorption and impact loads of approximately 50% reduction in strength are shown.
A $C^0$ FE model developed based on an efficient higher order zigzag theory is used for hygrothermal analysis of laminated composite plates. The $C^0$ FE model satisfies the inter-laminar shear stress continuity at the interfaces and zero transverse shear stress conditions at plate top and bottom. In this model the first derivatives of transverse displacement have been treated as independent variables to circumvent the problem of $C^1$ continuity associated with the above plate theory. In the present theory the above mentioned $C^0$ continuity of the present element is compensated in the stiffness matrix formulation by using penalty parameter approach. In order to avoid stress oscillations observed in the displacement based finite element, the stress field derived from temperature/moisture fields (initial strains) must be consistent with total strain field. Special steps are introduced by field consistent approach (e.g., sampling at gauss points) to compensate this problem. A nine noded $C^0$ continuous isoparametric element is used in the proposed FE model. Comparison of present numerical results with other existing solutions shows that the proposed FE model is efficient, accurate and free of locking.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제2권2호
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pp.65-72
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2001
This paper demonstrates an explicit-implicit, finite element analysis for linear as well as nonlinear hygrothermal stress problems. Additional features, such as moisture diffusion equation, crack element and virtual crack extension(VCE) method for evaluating J-integral are implemented in this program. The Linear Elastic Fracture Mechanics(LEFM) Theory is employed to estimate the crack driving force under the transient condition for an existing crack. Pores in materials are assumed to be saturated with moisture in the liquid form at the room temperature, which may vaporize as the temperature increases. The vaporization effects on the crack driving force are also studied. The ideal gas equation is employed to estimate the thermodynamic pressure due to vaporization at each time step after solving basic nodal values. A set of field equations governing the time dependent response of porous media are derived from balance laws based on the mixture theory. Darcy's law is assumed for the fluid flow through the porous media. Perzyna's viscoplastic model incorporating the Von-Mises yield criterion are implemented. The Green-Naghdi stress rate is used for the invariant of stress tensor under superposed rigid body motion. Isotropic elements are used for the spatial discretization and an iterative scheme based on the full Newton-Raphson method is used for solving the nonlinear governing equations.
Because of excellent electrical properties, epoxy resin is widely used in packaging and casting power equipment. Moisture and temperature in the environment are inclined to seriously affect the insulation tolerance of epoxy resin. This work focuses on the aging characteristics of epoxy resin in hygrothermal environment. Scanning electron microscopy images show that there are micro-crack, micro-slit and holes inside aged samples. The moisture absorption process undergoes three equilibrium stages and it does not follow the Fick's second law. Observing the change of hydrogen bonds in the infrared spectra of the dried samples, it is found that chemically moisture absorption immerges when the physical moisture absorption entered the third equilibrium stage. By Debye equation to fit the imaginary part of the dielectric constant, it is concluded that the uniformity of water molecule has a great influence on the electrical conductivity loss. Furthermore, the polarization loss can be more easily affected by water molecules than small free molecules. After the aged samples being dried, their real and imaginary part of the dielectric constant descend, but their original electrical properties cannot completely restored. After chemical moisture absorption appears inside the material, the residual space charges increase significantly and the charge dissipation rate slow down obviously.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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