Fasel, T.R.;Kennel, M.B.;Todd, M.D.;Clayton, E.H.;Park, G.
Smart Structures and Systems
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v.5
no.4
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pp.329-344
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2009
Ultrasonic chaotic excitations combined with sensor prediction algorithms have shown the ability to identify incipient damage (loss of preload) in a bolted joint. In this study we examine a physical experiment on a single-bolt aluminum lap joint as well as a three-dimensional physics-based simulation designed to model the behavior of guided ultrasonic waves through a similarly configured joint. A multiple bolt frame structure is also experimentally examined. In the physical experiment each signal is imparted to the structure through a macro-fiber composite (MFC) patch on one side of the lap joint and sensed using an equivalent MFC patch on the opposite side of the joint. The model applies the waveform via direct nodal displacement and 'senses' the resulting displacement using an average of the nodal strain over an area equivalent to the MFC patch. A novel statistical classification feature is developed from information theory concepts of cross-prediction and interdependence. This damage detection algorithm is used to evaluate multiple damage levels and locations.
Adhesive bonding is currently widely used in many industrial fields, particularly in the aeronautics sector. Despite its advantages over mechanical joints such as riveting and welding, adhesive bonding is mostly used for secondary structures due to its low peel strength; especially if it is simultaneously exposed to temperature and humidity; and often presence of bonding defects. In fact, during joint preparation, several types of defects can be introduced into the adhesive layer such as air bubbles, cavities, or cracks, which induce stress concentrations potentially leading to premature failure. Indeed, the presence of defects in the adhesive joint has a significant effect on adhesive stresses, which emphasizes the need for a good surface treatment. The research in this field is aimed at minimizing the stresses in the adhesive joint at its free edges by geometric modifications of the ovelapping part and/or by changing the nature of the substrates. In this study, the finite element method is used to describe the mechanical behavior of bonded joints. Thus, a three-dimensional model is made to analyze the effect of defects in the adhesive joint at areas of high stress concentrations. The analysis consists of estimating the different stresses in an adhesive joint between two 2024-T3 aluminum plates. Two types of single lap joints(SLJ) were analyzed: a standard SLJ and another modified by removing 0.2 mm of material from the thickness of one plate along the overlap length, taking into account several factors such as the applied load, shape, size and position of the defect. The obtained results clearly show that the presence of a bonding defect significantly affects stresses in the adhesive joint, which become important if the joint is subjected to a higher applied load. On the other hand, the geometric modification made to the plate considerably reduces the various stresses in the adhesive joint even in the presence of a bonding defect.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.172-175
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2001
The co-cured Joining method, which is regarded as an adhesively bonded Joining method, is an efficient joining technique because both curing and bonding processes for the composite structures can be achieved simultaneously. It requires neither surface treatment onto the composite adherend nor an additional adhesive joining process because the excess resin, which is extracted from composite materials during consolidation, accomplishes the co-cured Joining process. Since the adhesive of the co-cured joint is the same material as the resin of the composite adherend, the analysis and design of the co-cured joint for composite structures are simpler than those of an adhesively bonded joint, which uses an additional adhesive. In this paper, effects of the manufacturing parameters, namely surface roughness, stacking sequence of the composite adherend, and manufacturing pressure in the autoclave during curing process, on the tensile load bearing capacity of the co-cured single lap joint will be experimentally investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.10
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pp.1841-1852
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1992
With the wide application of fiber-reinforced composite material in aircraft, space structures and robot arms, the design and manufacture of composite joints have become a very important research area because they are often the weakest areas in composite structures. In this study, the effects of the adhesive thickness, residual thermal stress on the torque capacity of the tubular single lap joints were studied. The torque capacity of the adhesive joints were experimentally determined and found to be inversely proprotional to the adhesive thickness. In order to match the experimental results to the theoretical analyses, the elastic-perfectly plastic material properties of the adhesive were used in the closed form solution. Also, the residual thermal stress of the joints were calculated by the finite element method and it was proved that the residual thermal stress could play an important role in the thick adhesive joints.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.16
no.10
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pp.923-930
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2003
We jointed Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O multifilament tapes and evaluated their electrical and mechanical properties. In order to improve connectivity of multifilaments, one or two single-filament tape was inserted between two multifilament tapes. The critical current ratio(CCR) and n-value of the jointed tapes were evaluated as a function of uniaxial pressure. It was observed that critical current ratio and n-value were 24.8-29.0% and 2.5-2.8 for MM lap-jointed tape. On the other hand, the corresponding values were improved to 24.7-53.9% and 3.1-4.2 for MSM jointed tape, and 63.4-76.0% and 3.4-5.1 for double MS:vr lap-jointed tape, respectively. The highest electrical properties of double MSM lap-jointed tape are considered to be owing to the presence of single core, causing better interconnections of multifilaments between the two tapes. The mechanical property of jointed tape was evaluated and correlated to the microstructural evolution. The strength of jointed tapes was 44-64% less than that of the unjoined tape. The strain tolerance of jointed tape was also reduced compared to that of the unjoined tape. These lower mechanical properties of jointed tape are probably due to the induced nonuniform microstructure such as the existence of cracks and Ag-intrusion in the joined region.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.4
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pp.401-406
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2003
This paper deals with stress analysis of single-lap adhesive joints which have uncertain material properties. Basically, material properties have a certain amount of scatter and such uncertainties can affect the performance of joints. In this paper, the convex modeling is introduced to consider such uncertainties in calculating peel and shear stress of adhesive joints and the results are compared with those from the Monte Carlo simulation. Numerical results show that stresses increase when uncertainties considered, which indicates that such uncertainties should not be ignored for estimation of structural safety. Also, the results obtained by the convex modeling and the Monte Carlo simulation show good agreement, which demonstrates the effectiveness of convex modeling.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.11
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pp.334-339
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2020
In this study, the adhesion properties between aluminum and composite materials, composite materials, and composite materials were compared according to the physical surface treatment to improve mechanical bonding at the bonding surface when considering carbon fiber and glass fiber-reinforced composite materials. Bonded specimens were classified into the type of base material and the surface treatment method of the bonding surface. Sandpaper, sandblasting, and plasma were applied as physical surface treatment methods. The bonded specimen was prepared as a single lap joint test specimen. An experiment to measure the lap shear strength was conducted, and the results were compared. The experimental results confirmed that the mechanical abrasion and sandblasting treatment improved the lap shear strength approximately 4 to 5 fold compared to the general specimen without physical surface treatment. In plasma treatment, the experiment was conducted by defining the respective plasma output and treatment time as follows: 150 W and 5 minutes, 150 W and 10 minutes, and 300 W and 3 minutes. Moreover, the lap shear strength results were similar to the previous mechanical surface treatments. On the other hand, the effect on the adhesion properties was small, depending on the plasma treatment conditions.
Kim, Choong-Hyun;Yoo, Jae-Seung;Byeon, Chang-Seok;Ju, Hyun-Woo;Park, Min-Young;Choi, Jin-Ho;Kweon, Jin-Hwe
Composites Research
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v.29
no.3
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pp.117-124
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2016
The failure strength of composite single-lap joint repaired using scarf patch was investigated by test and finite element method. A total of 45 specimens were tested changing scarf ratio, stacking pattern, and defect size to study the failure strength and mode. Except for one case, all repaired specimens showed the equal or higher strength than the sound specimens and the effect of considered repair parameters was not remarkable. It was found through the failure mode inspection that the surface treatment for bonding was not enough in the case which failed at the lower load than the sound specimen. Three-dimensional finite element analysis was conducted to verify the test results. It was confirmed that the considered repair parameters do not significantly affect the stress distribution of the specimens. It was also observed that the applied tensile load is relieved passing through the overlapped region thickness of which is almost double. From this study, it is concluded that if the bonding procedure for adherends and patch including surface treatment for fabric layer is thoroughly followed, the strength of repaired single-lap joint can be restored up to the strength of sound one.
Generally, the laser vision sensor makes it possible design a highly reliable and precise range sensor at a low cost. When the laser vision sensor is applied to lap joint welding, however, there are many limitations. Therefore, a specially-designed hardware system has to be used. However, if the multi-lines are used instead of a single line, multi-range data can be generated from one image. Even under a set condition of 30fps, the generated 2D range data increases depending on the number of lines used. In this study, a laser vision sensor with a multi-line pattern is
Kim, Jung-Jin;Seong, Myeong-Su;Kim, Hong-Joo;Cha, Bong-Keun;Kweon, Jin-Hwe;Choi, Jin-Ho
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.9
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pp.841-850
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2008
Strength and failure of composite-to-aluminum rivetted, bonded, and rivet/bonding hybrid single-lap joints were investigated by experiment. A total of 82 joint specimens were tested with 3 different overlap lengths and 2 types of stacking sequence. FM73m adhesive film and NAS9308-4-03 rivet were used for hybrid joints. While failure loads of the bonded and hybrid joints increased as the overlap length increased, failure loads of the rivetted joints were not affected by the overlap length. Effect of the stacking sequence was not remarkable in the simple bonded or rivetted joints. Failure loads of the hybrid joints, however, showed the maximum of 30% difference depending on the stacking sequence. Major failure mode of the bonded and hybrid joints was the delamination of the composite adherend and failure mode of riveted joints was the rivet failure with local bearing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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