Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.2
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pp.317-326
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1997
An investigation was performed to study the matrix cracking and delamination in laminated composite plates due to transverse impact. A model was developed for predicting the initiation of the matrix cracking and the shape and size of impact-induced delamination in laminated composite plates resulting from the ballistic impact. The model consists of a stress analysis and a failure analysis. A transient finite element analysis which was based on the higher-order shear deformation theory was adopted for calculating the stresses inside the laminated composite plates during impact. A failure analysis was used to predict the initial intraply matrix cracking and the shape and size of the interface delamination in the laminates. As a results, a shear matrix cracking which was governed by the transverse interlaminar shear stress occured at the middle layer near the midplane of laminates and a bending matrix cracking which was governed by the transverse inplane stress occured at the bottom layer near the surface of laminates. In a thick laminates, a shear matrix cracking generated first at the middle layer of laminates, but in a thin laminates, a bending matrix cracking generated first at the bottom layer of laminates.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.7
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pp.116-125
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1997
An investigation was performed to study the impact damage in CFRP laminated composites subjected to impact loading. A finite element model has been developed for predicting the impact damage in laminated composite plates resulting from the ballistic impact. The finite element model was based on the higher-order shear deformation theory and was used to predict the initial intraply matrix cracking and the shape and size of interface delamination in laminated composites. Numerical simulation was performed and then the initiation of the matrix cracking and the shape and size of impacted induced delamination were predicted, and te results were compared with those of impact experiments with the same dimension and stacking sequences. A linear relationship holds between impact velocity and length and width of delamination. As impact velocity is increased, the increase of delamination length is highger than the increase of delamination width.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.7
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pp.2661-2669
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2010
In this study, a finite element formulation based first-order shear deformation theory is developed for non-linear behaviors of laminated composite plates containing matrix cracking. The multi-directional stiffness degradation is developed for adopting the stiffness variation induced from matrix cracking, which is proposed by Duan and Yao. The matrix cracking can be expressed in terms of the variation of material properties, such as Young's modulus, shear modulus and Possion ratio of plates, and sequently it is possible to predict the variation of the local stiffness. Using the assumed natural strain method, the present shell element generates neither membrane nor shear locking behavior. Numerical examples demonstrate that the present element behaves quite satisfactorily either for the linear or geometrical nonlinear analysis of laminated composite plates. The results of laminated composite plates with matrix cracking may be the benchmark test for the non-linear analysis of damaged laminated composite plates.
The concrete stiffness matrices of membrane elements used in the finite element analysis of wall-type structures are reviewed and discussed. The behavior of cracked reinforced concrete membrane elements is first described by summarizing the constitutive laws of concrete and steel established for the two softened truss models (the rotating-angle softened-truss model and the fixed-angle softened-truss model). These constitutive laws are then related to the concrete stiffness matrices of the two existing cracking models (the rotating-crack model and the fixed-crack model). In view of the weakness in the existing models, a general model of the matrix is proposed. This general matrix includes two Poisson ratios which are not clearly understood at present. It is proposed that all five material properties in the general matrix should be established by new biaxial tests of panels using proportional loading and strain-control procedures.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.11
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pp.98-109
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1995
An investigation was performed to study the inner damage of laminated composite plates subjected to out-of-plane load. During the investigation, inpact velocity and equivalent static load relationship was derived. Reddy's higher-order shear deformation theory(HSDT) and Hashin's failure criteria were used to determine inner stresses and damaged area. And impact testing was carried out on laminated composite plates by air gun type impact testing machine. The CFRP specimens were composed of [ .+-. 45 .deg. ]$_{4}$and [ .+-. 45 .deg. /0 .deg. /90 .deg. ]$_{2}$ stacking sequences with 0.75$^{t}$ * 26$^{w}$ * 100$^{l}$ (mm) dimension. After impact testing. As a result, a relationship holds between damaged area and impact energy, and a matrix cracking was caused by the interlaminar shear stress in the middle ply and was caused by the inplane transverse stress in the bottom ply.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.10a
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pp.87-90
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2001
In particle or short-fiber reinforced composites, cracking of the reinforcements is a significant damage mode because the broken reinforcements lose load carrying capacity. This paper deals with elastic stress distributions and load carrying capacity of intact and cracked ellipsoidal inhomogeneities. Three dimensional finite element analysis has been carried out on intact and broken ellipsoidal inhomogeneities in an infinite body under pure shear. For the intact inhomogeneity, as well known as Eshelby(1957) solution, the stress distribution is uniform in the inhomogeneity and non-uniform in the surrounding matrix. On the other hand, for the broken inhomogeneity, the stress in the region near crack surface is considerably released and the stress distribution becomes more complex. The average stress in the inhomogeneity represents its load carrying capacity, and the difference of average stresses between the intact and broken inhomogeneities indicates the loss of load carrying capacity due to cracking damage. The load carrying capacity of the broken inhomogeneity is expressed in terms of the average stress of the intact inhomogeneity and some coefficients. It is found that the broken inhomogeneity with higher aspect ratio still maintains higher load carrying capacity.
The failure behaviours of unidirectional pultruded carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites were monitored by the electrical resistance measurement during tensile loading, three-point-bending, interlaminar shear loading. The tensile failure behaviour of carbon fiber tows was also investigated by the electrical resistance measurement. Infrared thermography non-destructive evaluation was performed in real time during tensile test of CFRP composites to validate the change of microdamage in the materials. Experiment results demonstrated that the CFRP composites and carbon fiber tows were damaged by different damage mechinsms during tensile loading, for the CFRP composites, mainly being in the forms of matrix damage and the debonding between matrix and fibers, while for the carbon fiber tows, mainly being in the forms of fiber fracture. The correlation between the infrared thermographs and the change in the electrical resistance could be regarded as an evidence of the damage mechanisms of the CFRP composites. During three-point-bending loading, the main damage forms were the simultaneity fracture of matrix and fibers firstly, then matrix cracking and the debonding between matrix and fiber were carried out. This results can be shown in Fig. 9(a) and (b). During interlaminar shear loading, the change in the electrical resistance was related to the damage degree of interlaminar structure. Electrical resistance measurement was more sensitive to the damage behaviour of the CFRP composites than the stress/time curve.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.05a
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pp.475-480
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2003
Latex modification of concrete provides the material with higher flexural strength. This increase in flexural strength can attribute to the crack-arresting action of polymer in concrete, and also to the bonding they provide between the matrix and aggregates. This experimental study presents the fracture behavior of 12 flexural reinforced concrete beams repaired or strengthened by latex-modified concrete with the main experimental variables such as overlay thickness, strength thickness, and shear reinforcement. The results are as follow: All beam specimens having shear reinforcement were failed by delamination rupture at concrete interface at about 80% of ultimate loading after flexural cracking. All specimens overlayed and strengthened by latex-modified concrete (LMC) showed higher ultimate flexural strength than OPC control specimen, but lower than LMC control specimen. This increase in flexural strength could attribute to the high bonding they provide between the matrix and aggregates. All specimens except two shear unreinforced showed quite similar and consistent displacement behavior. The effect of overlay and strength thickness on the load-displacement relationship were a small at this study.
Components manufactured from composite materials are frequently subjected to superimposed mechanical and thermal loadings during their operating service. Both types of loadings may cause fracture and failure of composite structures. When composite cross-ply laminates of type [$0_m/90_n]_s$ are subjected to uni-axial tensile loading, different types of damage are set-up and developed such as matrix cracking: transverse and longitudinal cracks, delamination between disoriented layers and broken fibers. The development of these modes of damage can be detrimental for the stiffness of the laminates. From the experimental point of view, transverse cracking is known as the first mode of damage. In this regard, the objective of the present paper is to investigate the effect of transverse cracking in cross-ply laminate under thermo-mechanical degradation. A Finite Element (FE) simulation of damage evolution in composite crossply laminates of type [$0_m/90_n]_s$ subjected to uni-axial tensile loading is carried out. The effect of transverse cracking on the cross-ply laminate strength under thermo-mechanical degradation is investigated numerically. The results obtained by prediction of the numerical model developed in this investigation demonstrate the influence of the transverse cracking on the bearing capacity and resistance to damage as well as its effects on the variation of the mechanical properties such as Young's modulus, Poisson's ratio and coefficient of thermal expansion. The results obtained are in good agreement with those predicted by the Shear-lag analytical model as well as with the obtained experimental results available in the literature.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.4
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pp.350-355
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2013
Electrical resistance change measurements were performed, to detect fatigue damage of a quasi-isotropic CFRP and cross-ply CFRP laminates. A four-probe method was used to measure the exact electrical resistance change. A three-probe method was used to measure the electrical contact resistance change, during long cyclic loading. The specimen side surface was observed using a video-microscope to detect damage. The measured electrical resistance changes were compared with the observed damage. The results of this study show that the electrical resistance increase of the quasi-isotropic laminate was caused by a delamination crack between ${\pm}45^{\circ}$ plies. Matrix cracking caused a small electrical resistance increase of the cross-ply laminate, but the decreased electrical resistance caused by the shear-plastic deformation impedes matrix-cracking detection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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