This study aims to accurately predict the first ply failure loads of laminated composite hypar shell roofs with different boundary conditions. The geometrically nonlinear finite element method (FEM) is used to analyse different symmetric and anti-symmetric, cross and angle ply shells. The first ply failure loads are obtained through different well-established failure criteria including Puck's criterion along with the serviceability criterion of deflection. The close agreement of the published and present results for different validation problems proves the correctness of the finite element model used in the present study. The effects of edge conditions on first ply failure behavior are discussed critically from practical engineering point of view. Factor of safety values and failure zones are also reported to suggest design and non-destructive monitoring guidelines to practicing engineers. Apart from these, the present study indicates the rank wise relative performances of different shell options. The study establishes that the angle ply laminates in general perform better than the cross ply ones. Among the stacking sequences considered here, three layered symmetric angle ply laminates offer the highest first ply failure load. The probable failure zones on the different shell surfaces, identified in this paper, are the areas where non-destructive health monitoring may be restricted to. The contributions made through this paper are expected to serve as important design aids to engineers engaged in composite hypar shell design and construction.
Lee Deog-Gyu;Woo Sun-Hee;Lee Eung-Shik;Youn Heong-Sik;Paik Hong-Yul
Proceedings of the KSRS Conference
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2004.10a
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pp.479-482
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2004
Laminate Design of a composite tube for a space telescope(Fig. 1) under hygrothermal load is studied. Carpet plots for laminate effective engineering constants are generated and used for selecting the best tube lay-ups satisfying the optomechanical requirements for a space telescope being dimensional1y stable under orbital thermal loading. Despace of the tubes constructed with the selected lay-ups are calculated with a Zig-Zag Triangular Element which accurately represents through thickness stress variations for laminated structures. The effects of moisture absorption when exposed to humidity environment and moisture desorption through outgassing on the dimensional stability are also investigated.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.10a
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pp.171-174
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2004
In order to improve the damage tolerance of the conventional laminated composites, threedimensional fiber structures incorporated with stitching yams have been utilized in this study. From the newly developed process termed as TAPIS(TApe Placement Incorporated with Stitching), carbon/epoxy composites have been fabricated. Two-dimensional composites with the same stacking sequence as 3D counterparts have also been fabricated for the property comparison. To examine the damage resistance performance the low speed drop weight impact test has been adopted. For the assessment of damage after the impact loading, specimens were subjected to C-scan nondestructive inspection compression after impact(CAI) were also conducted to evaluate residual compressive strength. Although the damage area of 3D composites was greatly reduced$(30-40\%)$ compared with that of 2D composites, the CAI strength did not show drastic improvement.
Failure detection in a cross-ply laminated composite beam under tensile loading were performed using a fiber Bragg grating (FBG) sensor. A Passive Mach-Zehnder interferometric demodulator was proposed to enhance sensitivity and bandwidth. The proposed FBG sensor system without active device such as a phase modulator is very simple in configuration, easy to implement and enables the measurement of high-frequency vibration with low strain amplitude such as impact or failure signal. Failure signals detected by a FBG sensor had offset value corresponding to the strain shift with vibration at a maximum frequency of several hundreds of kilohertz. at the instant of transverse crack propagation in the 90 degree layer of composite beam.
In global competition manufacturing companies have to produce modern, new constructions from advanced materials in order to increase competitiveness. The aim of my research was to develop a new composite cellular plate structure, which can be primarily used for structural elements of road, rail, water and air transport vehicles (e.g. vehicle bodies, ship floors). The new structure is novel and innovative, because all materials of the components of the newly developed structure are composites (laminated Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) deck plates with pultruded Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP) stiffeners), furthermore combines the characteristics of sandwich and cellular plate structures. The material of the structure is much more advantageous than traditional steel materials, due mainly to its low density, resulting in weight savings, causing lower fuel consumption and less environmental damage. In the study the optimal construction of a given geometry of a structural element of a road truck trailer body was defined by single- and multi-objective optimization (minimal cost and weight). During the single-objective optimization the Flexible Tolerance Optimization method, while during the multi-objective optimization the Particle Swarm Optimization method were used. Seven design constraints were considered: maximum deflection of the structure, buckling of the composite plates, buckling of the stiffeners, stress in the composite plates, stress in the stiffeners, eigenfrequency of the structure, size constraint for design variables. It was confirmed that the developed structure can be used principally as structural elements of transport vehicles and unit load devices (containers) and can be applied also in building construction.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.1
no.2
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pp.29-35
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2010
In addition to the Young's modulus, the Poisson's ratio is also at the center of attention in the field stochastic finite element analysis since the parameters play an important role in determining structural behavior. Accordingly, the sole effect of this parameter on the response variability is of importance from the perspective of estimation of uncertain response. To this end, a formulation to determine the response variability in laminate composite plates due to the spatial randomness of Poisson's ratio is suggested. The independent contributions of random Poisson's ratiocan be captured in terms of sub-matrices which include the effect of the random parameter in the same order, which can be attained by using the Taylor's series expansion about the mean of the parameter. In order to validate the adequacy of the proposed formulation, several example analyses are performed, and then the results are compared with Monte Carlo simulation (MCS). A good agreement between the suggested scheme and MCS is observed showing the adequacy of the scheme.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.2
no.2
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pp.13-19
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2011
This paper presents the stress distribution of the damaged butt joint of steel plate using CFRP laminates when the flange in tension zone of steel box girder is welded by butt welding. When CFRP sheets are patched on tension flange of steel-box girder, the stress distribution of a vertical and normal direction on damaged welding part is shown as parameters such as a variation of the thickness of adhesive, the overlap length with steel, and the modulus of elasticity of CFRP sheets. For the study, we wrote the computer program using the EAS(Enhanced assumed strain) finite element method for plane strain that has a very fast convergency and exact stress for distorted shape.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.3
no.2
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pp.199-204
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1999
A recent application of advanced composite materials, primarily fiber-reinforced plastic (FRP) composites, in structures is the reinforcement of conventional structural materials, such as concrete and glued-laminated timber (glulam), to increase their performance. In particular, the construction of large-scale glulam structures usually requires members with large depths and to significantly increase the stiffness and strength of glulam, the members can be reinforced with FRP at top and bottom surfaces. In this paper, glulam beams reinforced with GFRP strip are tested under 2-point bending and results are compared with numerical solution using layer-wise beam theory.
This paper has focused on presenting vibration analysis of trapezoidal sandwich plates with a damaged core and FG wavy CNT-reinforced face sheets. A damage model is introduced to provide an analytical description of an irreversible rheological process that causes the decay of the mechanical properties, in terms of engineering constants. An isotropic damage is considered for the core of the sandwich structure. The classical theory concerning the mechanical efficiency of a matrix embedding finite length fibers has been modified by introducing the tube-to-tube random contact, which explicitly accounts for the progressive reduction of the tubes' effective aspect ratio as the filler content increases. The First-order shear deformation theory of plate is utilized to establish governing partial differential equations and boundary conditions for the trapezoidal plate. The governing equations together with related boundary conditions are discretized using a mapping-generalized differential quadrature (GDQ) method in spatial domain. Then natural frequencies of the trapezoidal sandwich plates are obtained using GDQ method. Validity of the current study is evaluated by comparing its numerical results with those available in the literature. After demonstrating the convergence and accuracy of the method, different parametric studies for laminated trapezoidal structure including carbon nanotubes waviness (0≤w≤1), CNT aspect ratio (0≤AR≤4000), face sheet to core thickness ratio (0.1 ≤ ${\frac{h_f}{h_c}}$ ≤ 0.5), trapezoidal side angles (30° ≤ α, β ≤ 90°) and damaged parameter (0 ≤ D < 1) are carried out. It is explicated that the damaged core and weight fraction, carbon nanotubes (CNTs) waviness and CNT aspect ratio can significantly affect the vibrational behavior of the sandwich structure. Results show that by increasing the values of waviness index (w), normalized natural frequency of the structure decreases, and the straight CNT (w=0) gives the highest frequency. For an overall comprehension on vibration of laminated trapezoidal plates, some selected vibration mode shapes were graphically represented in this study.
It is difficult for civil engineer to apply composite materials of laminated type to structure for civil construction because of complicated theory although those have much merit. A simple method by which one can predict "exact" values of the natural frequency of vibration of laminated plates is presented. Many laminates with particular orientations have negligible values of $B_{16}$ and $B_{26}$ as the number of plies increases. Such laminates, with $D_{16}$ = $D_{26}$ ->0 can be solved by the same equation as for the special orthotropic laminates(1991,1995). If the quasi-isotrpic constants are used, It is possible to simplify analysis procedure since the equations for isotropic plates can be used. Use of some coefficients can produce "exact" values for laminates with such configuration. This coefficient, in fact, represents the effect of the anisotropy of the laminate. D. H. Kim proposed to use a correction factor, he developed, to produce "exact" solution out of the approximate solution obtained by using the quasi-isotropic constants(1995). In this paper, the fiber orienation studied is [$\alpha$/$\beta$/$\beta$/$\gamma$/$\alpha$/$\alpha$/$\beta$]r, with $\alpha$=-$\beta$, and $\gamma$${\gamma}$=$0^{\circ}$ or $90^{\circ}$ and the above-mentioned method is used to obtain the natural frequencies of plates with such orientations, and detailed result is presented for the use of engineers.nted for the use of engineers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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