Hybrid laminated Al/carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) composites are attracting considerable attention from industries such as aerospace and automobiles owing to their excellent specific strength and specific rigidity. However, when this material is used to fabricate high-pressure fuel storage containers subjected to repeated fatigue loads, fatigue life evaluation for the working load is regulated as an important criterion for operational safety and ease of maintenance. Among the existing evaluation methods for these vessels, the burst test and the hydraulic repeat test require expensive facilities. Thus, the present study aims to develop an improved fatigue life test for Al/CFRP laminated hybrid composites. The test specimen was manufactured using a curved mold considering the shape of a type III high-pressure storage container. The strain-life method was used for fatigue life evaluation, and the life was predicted based on the transition life. The results indicate that the more complex the CFRP stacking sequence, the longer is the transition life. This test method is expected to be useful for ensuring the fatigue safety and economy of hybrid laminate composites.
Since composite materials have anisotropic properties that depend on their stacking angle and sequence, the analysis of joints with isotropic adherends is limited in describing the behavior of the adhesive Joint with composite adherends. In this study, the nonlinear solution for adhesive joints with composite adherends was derived by incorporating the nonlinear behavior of the adhesive into the analysis. The behavior of the laminated composite tube was first analyzed, and the stress distributions of the composite tubular adhesive joint were calculated by including the nonlinear properties of the adhesive. The effect of the stacking sequence of composite adherends and bonding length on torque capacities of joints was examined, and results of the nonlinear analysis were also compared with those of the linear analysis.
Habib Achache;Rachid Zahi;Djaafar Ait Kaci;Ali Benouis
Structural Engineering and Mechanics
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v.91
no.2
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pp.135-147
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2024
The objective of this study is to analyze, using the finite element method, the durability of damaged and repaired structures under the effect of mechanical loading coupled with environmental conditions (water absorption and/or temperature). The study is based on the hybrid patch repair technique, considering several parameters based on the J integral to observe the behavior of the adhesive in transferring load from a damaged plate to the repair patch. The results clearly show that water absorption and increased temperature cause degradation of the mechanical properties of the adhesive, leading to an increase in its plasticization, which is beneficial for the assembly's strength. However, the degradation of the adhesive's properties due to aging in the repair results in poor load transfer from the damaged area to the patch. The findings of this study allowed the authors to conclude that the [0°]8 sequence consistently offers the best performance, with the lowest J integral values and superior crack resistance. The lowest the J integral for the [0°]8 stacking sequence is typically 3-7% lower than that of the [0/-45/45/90]S and [0/-45/90/45]S sequences at elevated temperatures. At 60℃, the J integral increases by approximately 3-6% compared to 40℃ and 20, depending on the aging duration and stacking sequences.
Today, the use of composite materials become an essential part in the design and manufacturing process of the flight vehicles to reduce the structural weight. Since the structural properties can be varied largely due to the stacking sequence of ply angles, it is very important problem to determine the optimized ply angles under a design objective. Thus, in this study, the analysis of static aeroelastic optimization of a composite wing has been performed. An analytical system to calculate and optimize tile aero-structural equilibrium position has been developed and incorporated with the genetic algorithm. The effects of stacking sequence on the structural deformation and aerodynamic distribution have been studied and calculated with the condition of minimum structural deformation for a swept-back composite wing. For the set of practical stacking angles, the design results to maximize the performance of static aeroelasticity are also presented.
In the present study, we investigated the effects or hydrostatic pressure and stacking sequence on the elastic work factor to determine compressive fracture toughness of graphite/epoxy laminated composites in the hydrostatic pressure environment. The stacking sequences used were unidirectional. $\textrm{[}0^{\circ}\textrm{]}_{88}$ and multi-directional, $\textrm{[}0^{\circ}/\pm/45^{\circ}/90^{\circ}\textrm{]}_{11s}$. The hydrostatic pressures applied for a $\textrm{[}0^{\circ}\textrm{]}_{88}$ case were 0.1 MPa, 70MPa, 140MPa. and 200MPa. The hydrostatic pressures applied for a $\textrm{[}0^{\circ}/\pm/45^{\circ}/90^{\circ}\textrm{]}_{11s}$ case were 0.1MPa, 100MPa, 200MPa, and 300MPa. It was found that the elastic work factor was not affected by the hydrostatic pressure and the stacking sequence. Also, it was found that the elastic work factor decreased in a linear fashion with delamination length.
In the present study, the combined effects of thermal and mechanical loadings on the interlaminar shear stresses of both moderately thin and thick composite laminated beams are numerically analyzed. The finite element modelling of laminated composite beams and analysis of interlaminar stresses are performed using the commercially available software package MSC NASTRAN/PATRAN. The validity of the finite element analysis (FEA) is demonstrated by comparing the experimental test results obtained due to mechanical loadings under the influence of thermal environment with those derived using the present FEA. Various parametric studies are also performed to investigate the effect of thermal loading on interlaminar stresses generated in symmetric, anti-symmetric, asymmetric, unidirectional, cross-ply, and balanced composite laminated beams of different stacking sequences with identical mechanical loadings and various boundary conditions. It is shown that the elevated thermal environment lead to higher interlaminar shear stresses varying with the stacking sequence, length to thickness ratio, ply orientations under identical mechanical loading and boundary conditions of the composite laminated beams. It is realized that the magnitude of the interlaminar stresses along xz plane is always much higher than those of along yz plane irrespective of the ply-orientation, length to thickness ratios and boundary conditions of the composite laminated beams. It is also observed that the effect of thermal environment on the interlaminar shear stresses in carbon-epoxy fiber reinforced composite laminated beams are increasing in the order of symmetric cross-ply laminate, unidirectional laminate, asymmetric cross-ply laminate and anti-symmetric laminate. The interlaminar shear stresses are higher in thinner composite laminated beams compared to that in thicker composite laminated beams under all environmental temperatures irrespective of the laminate stacking sequence, ply-orientation and boundary conditions.
In this paper, parametric study was carried out to design sandwich structures for EDM machines controlling stacking sequence, stacking thickness of composites and rib configuration. Sandwich structures which are dealt with in this paper are composed of fibre reinforced composite for skin material and foam or resin concrete for core materials. The sandwich column has cruciform rib to enhance bending stiffness of the structure and the bed has several vertical ribs to resist the normal forces and vibration. The design parameters such as rib thickness and stacking sequence were controlled to enhance the system robustness. Finite element analysis was also carried out to verify the variation of static and dynamic stiffness of the structures according to the variation of the parameters. Vibration tests were performed to verify the natural frequencies and damping ratios of the manufactured composite structures. The appropriate shape and configuration conditions for micro-EDM machine structures are proposed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.5
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pp.944-951
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1988
Global-Local Laminate Variational Model is utilized to investigate the characteristics of interlaminar stresses in thick composite laminates under uniform axial extension. Various laminates with different fiber orientation and stacking sequences are analyzed to observe the behavior of interlaminar normal stresses. From this result, the interlaminar normal stress distribution along the laminate interfaces is examined and discussed with an existing approximation model. The repeated stacking of Poisson's ratio symmetric sublaminates is found to be the best stacking method of thick composite laminates to reduce the interlaminar normal stresses for the prevention of the free-edge delamination.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.4
s.247
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pp.409-419
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2006
The actuating performance of plate-type unimorph piezoelectric composite actuators having various stacking sequences was evaluated by three dimensional finite element analysis on the basis of thermal analogy model. Thermal residual stress distribution at each layer in an asymmetrically laminated plate with PZT ceramic layer and thermally induced dome height were predicted using classical laminated plate theory. Thermal analogy model was applied to a bimorph cantilever beam and LIPCA-C2 actuator in order to confirm its validity. Finite element analysis considering thermal residual deformation showed that the bending behavior of piezoelectric composite actuator subjected to electric loads was significantly different according to the stacking sequence, thickness of constituent PZT ceramic and boundary conditions. In particular, the increase of thickness of PZT ceramic led to the increase of the bending stiffness of piezoelectric composite actuator but it did not always lead to the decrease of actuation distance according to the stacking sequences of piezoelectric composite actuator. Therefore, it is noted that the actuating performance of unimorph piezoelectric composite actuator is rather affected by bending stiffness than actuation distance.
A new simplified procedure for identifying human plasmin was developed using a DTT copolymerized agarose stacking gel (ASG) system. Agarose (1%) was used for the stacking gel because DTT inhibits the polymerization of acrylamide. Human plasmin showed the lowest activity at pH 9.0. There was a similar catalytically active pattern observed under acidic conditions (pH 3.0) to that observed under alkaline conditions (pH 10.0 or 11.0). Using the ASG system, the primary structure of the heavy chain could be established at pH 3.0. This protein was found to consist of three fragments, 45 kDa, 23 kDa, and 13 kDa. These results showed that the heavy chain has a similar structure to the autolysed plasmin (Wu et al., 1987b) but there is a different start amino acid sequence of the N-termini.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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