Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.4
no.2
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pp.173-182
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1996
An analytical model has been developed to predict the elastic properties of a filled resin reinforced by chopped fibers, a three-phase composite such as a filled sheet molding compound(SMC). In the model the matrix material and fillers form an effective matrix. The effective matrix is then considered to be reinforced with long fibers lying in the sheet plane but randomly oriented in the plane. Expressions for the resulting transversely isotropic composite properties are explicitly presented. Using this model, the Young's and shear moduli are calculated for the SMC sample with filler weight fraction of 35% and fiber content of 30%. The same properties are also determined experimentally. The agreement between the calculated and measured elastic moduli is found to be very good for the in-plane properties. However, the out-of-plane properties show a large difference because the effect of voids is not taken into account in the model.
Cho, Dong-Hwan;Lee, Hyun-Seok;Han, Seong-Ok;Drzal, Lawrence T.
Advanced Composite Materials
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v.16
no.4
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pp.315-334
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2007
In the present study, chopped henequen natural fibers without and with surface modification by electron beam (E-beam) treatment were incorporated into a polypropylene matrix. Prior to composite fabrication, a bundle of raw henequen fibers were treated at various E-beam intensities from 10 kGy to 500 kGy. The effect of E-beam intensity on the interfacial, mechanical and thermal properties of randomly oriented henequen/polypropylene composites with the fiber contents of 40 vol% was investigated focusing on the interfacial shear strength, flexural and tensile properties, dynamic mechanical properties, thermal stability, and fracture behavior. Each characteristic of the material strongly depended on the E-beam intensity irradiated, showing an increasing or decreasing effect. The present study demonstrates that henequen fiber surfaces can be modified successfully with an appropriate dosage of electron beam and use of a low E-beam intensity of 10 kGy results in the improvement of the interfacial properties, flexural properties, tensile properties, dynamic mechanical properties and thermal stability of henequen/polypropylene composites.
The effect of cold cyclic compaction on densification of SiC whisker/Al2O3 composite was investigated. Re-lative density of the compact increased as the number of cycle and the compaction pressure increased and the bias pressure decreased. The rate of loading and unloading and the frequency of cold cyclic compaction did not affect much on sliding and rearrangement of the particles. Fracture of SiC whisker was hardly ob-served during cold cyclic compaction and the direction of whisker was randomly oriented throughout the compact regardless of the direction of compaction. Thus, cold cyclic compaction may be an efficient method to densify SiC whisker/Al2O3 composite.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.9
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pp.1416-1422
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2001
The objective of this work was to characterize mechanical properties of thermoplastic composites with various forming conditions in compression molding. Randomly oriented long glass fiber reinforced polypropylene(PP) was used in this work. The composite materials contained 20%, 30%, and 40% glass fiber by weight. Compression molding was conducted at various mold temperatures and charge sizes. The temperatures on the mold surface and at the material in the mid-plain were monitored during the molding. Differential Scanning Calorimeter was used to measure crystallinity at both in-side and out-side of the sheet material. Crystallinity at each temperature was also measured by X-ray diffractometer. Dimensional stability was studied at various conditions with the spring forward angle. Among the processing parameters, the crystallization time at the temperature above 130$^{\circ}C$, was found to be the most effective. Spring-forward angle was reduced and the tensile modulus was increased as the mold temperature increased.
In the present work, by considering the agglomeration effect of single-walled carbon nanotubes, free vibration characteristics of functionally graded (FG) nanocomposite sandwich plates resting on Pasternak foundation are presented. The volume fractions of randomly oriented agglomerated single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are assumed to be graded in the thickness direction. To determine the effect of CNT agglomeration on the elastic properties of CNT-reinforced composites, a two-parameter micromechanical model of agglomeration is employed. In this research work, an equivalent continuum model based on the Eshelby-Mori-Tanaka approach is employed to estimate the effective constitutive law of the elastic isotropic medium (matrix) with oriented straight CNTs. The 2-D generalized differential quadrature method (GDQM) as an efficient and accurate numerical tool is used to discretize the equations of motion and to implement the various boundary conditions. The proposed rectangular plates have two opposite edges simply supported, while all possible combinations of free, simply supported and clamped boundary conditions are applied to the other two edges. The benefit of using the considered power-law distribution is to illustrate and present useful results arising from symmetric and asymmetric profiles. The effects of two-parameter elastic foundation modulus, geometrical and material parameters together with the boundary conditions on the frequency parameters of the laminated FG nanocomposite plates are investigated. It is shown that the natural frequencies of structure are seriously affected by the influence of CNTs agglomeration. This study serves as a benchmark for assessing the validity of numerical methods or two-dimensional theories used to analysis of laminated plates.
Isroaniso matrix precursor synthesized from commercially available petroleum pitch was stabilized in air. The influence of oxygen mass gain during stabilization on the yield of matrix precursor was studied. Additionally, the influence of pressure on the yield of the stabilized matrix precursor in a real system was studied. The fourier transform infrared spectrometry (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), yield, yield rate, and yield impact were used to check the effect of stabilization and pressure on the yield of the matrix precursor and the end properties of the composite thereafter. The results showed that the yield increased with stabilization duration up to 20 h whereas it decreased for stabilization duration beyond 20 h. Further results showed that the stabilized matrix precursor for a duration of 5 h could withstand almost two-fold greater hot-pressing pressure without resulting in exudation as compared to that of a 1 h stabilized matrix precursor. The enhanced hot-pressing pressure significantly improved the yield of the matrix precursor. As a consequence, the densification and mechanical properties were increased significantly. Further, the matrix precursor stabilized for a duration of 20 h or more failed to provide proper and uniform binding of the reinforcement.
In the present study, nonlinear dynamic response of polymer-CNT-fiber multiscale nanocomposite plate resting on elastic foundations in thermal environments using the finite element method is performed. In this regard, the governing equations are derived based on Inverse Hyperbolic Shear Deformation Theory and von $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ geometrical nonlinearity. Three type of distribution of temperature through the thickness of the plate namely, uniform linear and nonlinear are considered. The considered element is C1-continuous with 15 DOF at each node. The effective material properties of the multiscale composite are calculated using Halpin-Tsai equations and fiber micromechanics in hierarchy. The carbon nanotubes are assumed to be uniformly distributed and randomly oriented through the epoxy resin matrix. Five types of impulsive loads are considered, namely the step, sudden, triangular, half-sine and exponential pulses. After examining the validity of the present work, the effects of the weight percentage of SWCNTs and MWCNTs, nanotube aspect ratio, volume fraction of fibers, plate aspect, temperature, elastic foundation parameters, distribution of temperature and shape of impulsive load on nonlinear dynamic response of CNT reinforced multi-phase laminated composite plate are studied in details.
Arani, Ali Ghorbanpour;Haghparast, Elham;Zarei, Hassan Baba Akbar
Structural Engineering and Mechanics
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v.57
no.1
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pp.105-126
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2016
In the present study, modelling and vibration control of axially moving laminated Carbon nanotubes/fiber/polymer composite (CNTFPC) plate under initial tension are investigated. Orthotropic visco-Pasternak foundation is developed to consider the influences of orthotropy angle, damping coefficient, normal and shear modulus. The governing equations of the laminated CNTFPC plates are derived based on new form of first-order shear deformation plate theory (FSDT) which is simpler than the conventional one due to reducing the number of unknowns and governing equations, and significantly, it does not require a shear correction factor. Halpin-Tsai model is utilized to evaluate the material properties of two-phase composite consist of uniformly distributed and randomly oriented CNTs through the epoxy resin matrix. Afterwards, the structural properties of CNT reinforced polymer matrix which is assumed as a new matrix and then reinforced with E-Glass fiber are calculated by fiber micromechanics approach. Employing Hamilton's principle, the equations of motion are obtained and solved by Hybrid analytical numerical method. Results indicate that the critical speed of moving laminated CNTFPC plate can be improved by adding appropriate values of CNTs. These findings can be used in design and manufacturing of marine vessels and aircrafts.
Zhao, Li-Cai;Chen, Shi-Shuenn;Xu, Yi-Peng;Tahouneh, Vahid
Steel and Composite Structures
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v.38
no.5
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pp.477-496
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2021
The main objective of this paper is to study vibration of sandwich open cylindrical panel with damaged core and FG face sheets based on three-dimensional theory of elasticity. The structures are made of a damaged isotropic core and two external face sheets. These skins are strengthened at the nanoscale level by randomly oriented Carbon nanotubes (CNTs) and are reinforced at the microscale stage by oriented straight fibers. These reinforcing phases are included in a polymer matrix and a three-phase approach based on the Eshelby-Mori-Tanaka scheme and on the Halpin-Tsai approach, which is developed to compute the overall mechanical properties of the composite material. Three complicated equations of motion for the panel under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. Several parametric analyses are carried out to investigate the mechanical behavior of these multi-layered structures depending on the damage features, through-the-thickness distribution and boundary conditions. It is seen that for the large amount of power-law index "P", increasing this parameter does not have significant effect on the non-dimensional natural frequency parameters of the FG sandwich curved panel. Results indicate that by increasing the value of isotropic damage parameter "D" up to the unity (fully damaged core) the frequency would tend to become zero. One can dictate the fiber variation profile through the radial direction of the sandwich panel via the amount of "P", "b" and "c" parameters. It should be noticed that with increase of volume fraction of fibers, the frequency parameter of the panels does not increase necessarily, so by considering suitable amounts of power-law index "P" and the parameters "b" and "c", one can get dynamic characteristics similar or better than the isotropic limit case for laminated FG curved panels.
The main goal of this paper is to study the vibration of damaged core laminated annular plates with FG face sheets based on a three-dimensional theory of elasticity. The structures are made of a damaged isotropic core and two external face sheets. These skins are strengthened at the nanoscale level by randomly oriented Carbon nanotubes (CNTs) and are reinforced at the microscale stage by oriented straight fibers. These reinforcing phases are included in a polymer matrix and a three-phase approach based on the Eshelby-Mori-Tanaka scheme and on the Halpin-Tsai approach, which is developed to compute the overall mechanical properties of the composite material. In this study the effect of microcracks on the vibrational characteristic of the sandwich plate is considered. In particular, the structures are made by an isotropic core that undergoes a progressive uniform damage, which is modeled as a decay of the mechanical properties expressed in terms of engineering constants. These defects are uniformly distributed and affect the central layer of the plates independently from the direction, this phenomenon is known as "isotropic damage" and it is fully described by a scalar parameter. Three complicated equations of motion for the sectorial plates under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. Using the 2-D differential quadrature method in the r- and z-directions, allows one to deal with sandwich annular plate with arbitrary thickness distribution of material properties and also to implement the effects of different boundary conditions of the structure efficiently and in an exact manner. The fast rate of convergence and accuracy of the method are investigated through the different solved examples. The sandwich annular plate is assumed to have any arbitrary boundary conditions at the circular edges including simply supported, clamped and, free. Several parametric analyses are carried out to investigate the mechanical behavior of these multi-layered structures depending on the damage features, through-the-thickness distribution, and boundary conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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