섬유강화 복합재 적층판은 높은 비강성과 비강도를 가지고 있으며, 자동차 및 항공과 같은 무게에 민감한 산업에서 경량화에 유용할 것으로 기대되고 있다. 하지만 복합재 적층판의 설계는 적층 개수와 적층 순서를 모두 결정해야 하는 어려움으로 인해 설계자의 축적된 경험과 직관에 의존하는 경우가 많고, 이는 필요 이상으로 제품의 중량이 증가하는 과설계로 이어질 수 있다. 본 연구에서는 주어진 하중을 견디고 최소 무게를 갖는 복합재 적층판의 최적설계를 수행하였다. 나열법을 기반으로, 복합재 적층판의 설계 지침을 만족하는 모든 경우의 적층 조합을 고려하였다. 복합재 적층판을 여러 개의 패널로 나누고, 각 패널의 응력 분포와 인접한 패널 간 연결성을 고려하여 최적의 적층 수와 적층 순서를 결정하였다. 강도를 고려하기 위해 Tsai-Wu 파손 이론으로부터 파손 지수를 최적화하였고, 압축 하중에 대해서는 좌굴 해석을 수행하였다. 적층각은 일반적으로 사용하고 있는 0, ±45, 90°를 사용하였다.
This paper demonstrates the analyses of the interlaminar shear stress of laminated composite plates subjected to transversely impact. For this purpose, a plate finite element model based on the higher order shear deformation plate theory in conjunction with static contact laws is developed. Test materials were CFRP with cross-ply laminate $[O_4/{\theta}_4]_S$, $[90_4/{\theta}_4]_S$ stacking sequences and angle-ply laminate $[{\theta}_4/-{\theta}_4]_S$, $[{\theta}_4/-{\theta}_4]_S$ stacking deguences with $2^t{\times}40^w{\times}100^l(mm)$ dimension. As a result, stacking seguence and fiber orientation were found to have a significant effect on the interlaminar stresses in composite laminates.
Ait Kaci Djafar;Zagane Mohammed El Sallah;Moulgada Abdelmadjid;Sahli Abderahmane
Structural Engineering and Mechanics
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제88권6호
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pp.609-623
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2023
The objective of this study is to investigate the distribution of von Mises stress, peeling stress, and shear stress in the adhesive layer used to bond two composite panels, considering various parameters using a three-dimensional finite element method. The stiffness of the materials and the effect of the stacking order on the amount of load transferred to the adhesive layer were examined to determine which type of laminate generates less stress at the bond line. The study analyzed six different stacking sequences, all with a common first layer in contact with the adhesive and a 0° orientation. Additionally, the impact of using hybrid composites on reducing bond line stress was investigated.
A high-resolution transmission electron microscopy study of the solid phase crystallization of the amorphous silicon thin films, deposited on SiOS12T at 52$0^{\circ}C$ by low pressure chemical vapor deposition and annealed at 55$0^{\circ}C$ in a dry N$_{2}$ ambient was carried out so that the arrangement of atoms in the crystalline silicon and at the amorphous/crystalline interface of the growing grains could be understood on an atomic level. Results show that circular crystalline silicon nuclei have formed and then the grains grow to an elliptical or dendritic shape. In the interior of all the grains many twins whose{111} coherent boundaries are parallel to the long axes of the grains are observed. From this result, it is concluded that the twins enhance the preferential grain growth in the <112> direction along {111} twin planes. In addition to the twins. many defect such as intrinsic stacking faults, extrinsic stacking faults, and Shockley partial dislocations, which can be formed by the errors in the stacking sequence or by the dissociation of the perfect dislocation are found in the silicon grain. But neither frank partial dislocations which can be formed by the condensation of excess silicon atoms or vacancies and can form stacking fault nor perfect dislocations which can be formed by the plastic deformation are observed. So it is concluded that most defects in the silicon grain are formed by the errors in the stacking sequence during the crystallization process of the amorphous silicon thin films.
섬유 강화 복합재료는 방향성을 가지고 있기 때문에 적층 순서에 따라서 구조물의 기계적인 특성은 매우 달라질 수 있다. 따라서, 상황과 용도에 따른 복합재료 구조물의 적층 설계는 필수적이다. 그러나 제작된 복합재료 구조물의 적층 각도는 제작 환경이나 구조물 형상에 따라 설계 값과 편차를 가지는 경우가 많으며, 이는 구조적 성능에 영향을 끼칠 수 있다. 따라서 구조물의 신뢰성 확보를 위해서는 적층 설계 뿐만 아니라 제작된 복합재료의 적층각에 대한 분석 또한 매우 중요하다. 본 연구에서는 합성곱 신경망(Convolutional neural network; CNN) 기반의 딥러닝(Deep learning)을 이용하여 섬유 강화 복합재료의 실제 단면 이미지로부터 적층 각도를 예측하였다. 여러 적층 각도를 가지는 탄소 섬유 강화 복합재료 시편을 제작하고, 광학 현미경을 이용하여 Micro-scale로 실제 단면을 촬영하였다. 다양한 적층 각도에 따른 복합재료 시편의 단면 이미지 데이터를 이용하여 합성곱 신경망 기반의 딥러닝 모델에 대하여 학습을 수행하였다. 그 결과 높은 정확도로 실제 섬유 강화 복합재료 단면 이미지로부터 적층 각도를 예측할 수 있었다.
The work factor approach, so-called single specimen technique could be used to determine energy release rate from a single test record for unidirectional CLS specimen. In the present study, the work factor approach was extended to determine the mixed-mode fracture toughness of multi-directional graphite/epoxy laminated composites. Multi-directional CLS specimens were used for fracture tests. The stacking sequences used for the lap and the strap were $[90_2/0_2]_s/[0_4/90_4]_s$ and $[0/\pm45/0]_s/[0_2/\pm45_2/0_2]_2$, respectively. For both cases, the fracture toughness determined from the work factor approach was compared with that determined from the compliance method. It was found that both methods produced fracture toughness within a maximum 15% difference for each stacking sequence. The fractography analysis also showed that the fiber bridging occurred for$[0/\pm45/0]_s/[0_2/\pm45_2/0_2]_2$ case while it did not occur for $[90_2/0_2]_s/[0_4/90_4]_s$ case.
In this study, the effect of laminate thickness on the compressive behaviour of composite materials was investigated through systematic experimental work using the stacking sequences, [04]ns, [45/0/-45/90]ns and [45n/0n/-45n/90n]s (n = 2 to 8). The stacking sequence effects on failure strength of multidirectional laminates were examined. For this purpose, two different scaling techniques were used; (1) ply-level technique [45n/0n/-45n/90n]s and (2) sub laminate level technique [45/0/-45/90]ns. An apparent thickness effect existed in the lay-up with blocked plies, i.e. unidirectional specimens $([0_4]ns)$ and ply-level scaled multidirectional specimens ([45n/0n/-45n/90n]s). From the investigation of the stacking sequence effect, the strength values obtained from the sub laminate level scaled specimens were slightly higher than those obtained from the ply level scaled specimens. The measured failure strengths were compared with the predicted values
The use of the co-cured joining method for composite structures is attractive due to several benefits. However, since the design stress level in cyclic loads is often smaller than the joint strength obtained from the static tensile load test, it is important to establish proper fatigue design criteria. Although some researchers have reported on co-cured joints, there are only a few papers published on the fatigue characteristics of co-cured joints. In this paper, the effect of bond parameters on the fatigue characteristics of a steel-composite co-cured double lap joint under cyclic tensile loads was experimentally investigated. We considered the surface roughness of the steel adherend and the stacking sequence of the composite adherend as bond parameters. A fatigue failure mechanism of the co-cured double lap joint was explained systematically by investigating the surfaces of failed specimens.
The aim of this study is to investigate the effects of the beam aspect ratio(L/h), hole diameter, hole location and stacking layer sequence ($[0/45/-45/90]_s$, $[45/0/-45/90]_s$ and $[90/45/-45/0]_s$) on natural frequencies of glass/epoxy perforated beams under room and high (40, 60, 80, and $100^{\circ}C$) temperatures for the common clamped-free boundary conditions (cantilever beam). The first three out of plane bending free vibration of symmetric laminated beams is studied by Timoshenko's first order shear deformation theory. For the numerical analyses, ANSYS 13.0 software package is utilized. The results show that the hole diameter, stacking layer sequence and hole location have important effect especially on the second and third mode natural frequency values for the short beams and the high temperatures affects the natural frequency values significantly. The results are presented in tabular and graphical form.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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