Due to the high specific strength and stiffness of the composite materials, the composite materials have been extensively used in various industries. In particular, carbon fiber reinforced composites are widely used in many mechanical structures. In addition, since carbon fiber reinforced composites have anisotropic properties, to understand the fatigue behavior of composites with different fiber orientation is very important for the efficient structural design. Therefore, in this paper, the effect fiber orientation on the fatigue life of composite materials was experimentally evaluated. For this purpose, tensile and fatigue tests were performed on the off-axis specimens (0°, 10°, 30°, 45°, 60°, 90°) of the composite materials. As a result of the fatigue tests, the fatigue strength of the composites decreased significantly as the fatigue strength slightly deviated from 0 degrees. On the other hand, the more deviated, the less decreased. This is because the role of supporting the load of fibers decreased as the stacking angle increased. In addition, the fatigue behavior was analyzed by introducing a fatigue strength ratio (Ψ) that eliminates the fiber orientation dependence of the off-axis fatigue behaviors on the unidirectional composites. The off-axis fatigue S-N lines can be reduced to a single line regardless of the fiber orientation by using the fatigue strength ratio (Ψ). Using the fatigue Ψ-N line, it is possible to extract back to any off-axis fatigue S-N lines of the composites with different fiber orientations.
$Al_2O_3/ZrO_2$ composites were fabricated by pressureless sintering from commercial powders and/or nano composite powder of $Al_2O_3/ZrO_2$. The Properties of the composites such as density, strength, hardness and fracture toughness were evaluated. Microstructures and fracture surfaces ware also examined. The flexural strength remains unchanged(~640 MPa) as long as the content of commercial powders is not extreamly high, and depends on microstructures of the composites. Fracture toughness(4.3-5.3 $Mpa{\cdot}m^{1/2}$) increases with increasing content of commercial powders. Fractography shows that failure-initiating sources are 1)surface flaws resulting from machining damage, 2)crack-shaped voids formed due to $ZrO_2$ agglomeration, and 3)surface separation caused by inhomogeneous blending and by sinterability difference between nato composite powder and commercial powders of $Al_2O_3/ZrO_2$. Failure mode of the composites was mainly transgranular.
Kim, Jeonghyun;Byun, Sang Chul;Chung, Sungwook;Kim, Seok
Carbon letters
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v.25
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pp.14-24
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2018
Electrochemical properties and performance of composites performed by incorporating metal oxide or metal hydroxide on carbon materials based on graphene and carbon nanotube (CNT) were analyzed. From the surface analysis by field emission scanning electron microscopy and field emission transmission electron microscopy, it was confirmed that graphene, CNT and metal materials are well dispersed in the ternary composites. In addition, structural and elemental analyses of the composite were conducted. The electrochemical characteristics of the ternary composites were analyzed by cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge tests, and electrochemical impedance spectroscopy in 6 M KOH, or $1M\;Na_2SO_4$ electrolyte solution. The highest specific capacitance was $1622F\;g^{-1}$ obtained for NiCo-containing graphene with NiCo ratio of 2 to 1 (GNiCo 2:1) and the GNS/single-walled carbon $nanotubes/Ni(OH)_2$ (20 wt%) composite had the maximum specific capacitance of $1149F\;g^{-1}$. The specific capacitance and rate-capability of the $CNT/MnO_2/reduced$ graphene oxide (RGO) composites were improved as compared to the $MnO_2/RGO$ composites without CNTs. The $MnO_2/RGO$ composite containing 20 wt% CNT with reference to RGO exhibited the best specific capacitance of $208.9F\;g^{-1}$ at a current density of $0.5A\;g^{-1}$ and 77.2% capacitance retention at a current density of $10A\;g^{-1}$.
Dense $SiC-ZrB_2$ electro-conductive ceramic composites were obtained by hot pressing for high temperature structural application. The influences of the $ZrB_2$ additions an the mechanical and electrical properties of $SiC-ZrB_2$ composites were investigated. Samples were prepared by adding 15, 30, 45 vol.% $ZrB_2$ particles as a second phase to a SiC matrix. Sintering of monolithic SiC and $SiC-ZrB_2$ composites were achieved by hot pressing under a $10^{-4}$ torr vacuum atmosphere from 1000 to $2000^{\circ}C$ with a pressure of 30 MPa and held for 60 minutes at $2000^{\circ}C$. SiC and $SiC-ZrB_2$ samples obtained by hot pressing were fully dense with the relative densities over 99%. Flexural strength and fracture toughness of the samples were improved with the $ZrB_2$ contents. In the case of SiC sample containing 30vol.% $ZrB_2$, the flexural strength and fracture toughness showed 45% and 60% increase, respectively compared to those of monolithic SiC sample. The electrical resistivities of $SiC-ZrB_2$ composites were measured utilizing the four-point probe method and they decreased significantly with Increasing $ZrB_2$ contents. The resistivity of SiC-30vol.% $ZrB_2$ showed $6.50{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.939-941
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2017
The use of composites is increasing for lightweight aerospace structures. Among these structures, the ring frame and the parts of the projectile body are mainly made of a fiber reinforced composite material which is less susceptible such as delamination to structural damage. As the use of fiber reinforced composites increases, interest in modeling efficient methods of stiffness and strength is increasing. This paper predict the mechanical strength according to the repeating unit cell(RUC) of the 2-D triaxial braided composites of fiber reinforced composites. Yarn slice definition, incremental approach and stiffness reduction model were used as strength prediction. Finally, the results of strength prediction are verified by comparing with experimental data of 2-D triaxial braided composites specimens.
Kang, Ki-Weon;Kim, Young-Soo;Lee, Mee-Hae;Choi, Rin
Journal of the Korean Society of Safety
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v.20
no.4
s.72
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pp.14-19
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2005
One area in which composites have been used rather extensively is for fabricating pressure vessel. These structures can be readily manufactured by filament winding, which is, as far as composite fabrication techniques are concerned, a relatively inexpensive method for producing composite structures. Unfortunately, the higher strength material and fabrication costs are not the only disadvantages of fiber-reinforced polymer composites when they are compared to metals. Additionally, these materials tend to exhibit brittle behavior. This is of particular concern when they are subjected to a low-velocity impact during routine handling a significant amount of structural damage can be introduced into the composites. The goals of this paper are to understand the impact damage behavior and identify the effect of surface coating materials on impact resistance in filament wound composite pressure vessels. For these, a series of low velocity impact tests was performed on specimens cutting from the full scale pressure vessel by the instrumented impact testing machine. The specimens are classified into two types with and without surface protective material. The visualization for impact damage is made by metallurgical microscope. Based on the impact force history and damage, the resistance parameters were employed and its validity in identifying the damage resistance of pressure vessel was reviewed. As the results, the impact resistance of the filament wound composites and its dependency on the protective material were evaluated quantitatively.
Seo, Yong-Jun;Kim, Geun-Woo;Sung, Chang-Hoon;Lee, Chan-Gyu;Koo, Bon-Heun
Korean Journal of Materials Research
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v.20
no.3
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pp.137-141
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2010
The $(1-x)La_{0.7}Sr_{0.3}MnO_3(LSMO)/xZnFe_2O_4$(ZFO) (x = 0, 0.01, 0.03, 0.06 and 0.09) composites were prepared by a conventional solid-state reaction method. We investigated the structural properties, magnetic properties and electrical transport properties of (1-x)LSMO/xZFO composites using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), field-cooled dc magnetization and magnetoresistance (MR) measurements. The XRD and SEM results indicate that LSMO and ZFO coexist in the composites and the ZFO mostly segregates at the grain boundaries of LSMO, which agreed well with the results of the magnetic measurements. The resistivity of the samples increased by the increase of the ZFO doping level. A clear metal-to-insulator (M-I) transition was observed at 360K in pure LSMO. The introduction of ZFO further downshifted the transition temperature (350K-160K) while the transition disappeared in the sample (x = 0.09) and it presented insulating/semiconducting behavior in the measured temperature range (100K to 400K). The MR was measured in the presence of the 10kOe field. Compared with pure LSMO, the enhancement of low-field magnetoresistance (LFMR) was observed in the composites. It was clearly observed that the magnetoresistance effect of x = 0.03 was enhanced at room temperature range. These phenomena can be explained using the double-exchange (DE) mechanism, the grain boundary effect and the intrinsic transport properties together.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.58
no.3
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pp.137-143
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2021
In this study, the fracture strength of Flexible Secondary Barrier (FSB) composites was standardized by conducting a distribution analysis of the fracture probability, considering that the fracture strength of FSB composites such as glass fiber reinforced composites is relatively large. As the mechanical performance of FSB composites varies with the fiber direction, 20 replicate uniaxial tensile tests were performed for different temperatures ranging from the ambient to cryogenic conditions, considering the actual operating environment of liquefied natural gas. For the probability statistical analysis, the Weibull distribution analysis derived from the weakest link theory was used, considering the large variance in the fracture strength and brittle fracture behavior. The results of the Weibull distribution analysis were used to calculate the standard fracture strength of the FSB composites for different fiber directions. The findings can help ensure the reliability of the FSB mechanical properties in different fiber directions in the design of the secondary barrier and structural analyses.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.1
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pp.100-108
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2015
The purpose of this study is to evaluate the effect of improvement on the impact resistance and strength properties of cement composites by surface modification of aramid fiber. For aramid fiber reinforced cement composites, therefore, dispersion capability and the bonding efficiency between the fibers and the cement composite material need to be improved. It is possible by modifying surface properties to hydrophobic, it is considered that oiling agent ratio of 1.2 % and improvement of performance is in need to be investigated. In this study, short aramid fibers were mixed by different fiber length and oiling agent ratio. And improvement of strength properties and impact resistance performance of hybrid cement composites were evaluated under the influence of steel fiber. As a result, strength properties of aramid fiber reinforced cement composites are different by mixing ratio of fiber, oiling agent ratio and length of fiber. In case of cement composites which have same volume fraction and fiber length, tensile strength and flexural strength were improved with increase of the emulsions throughput of the fiber surface. The results of evaluation on the static strength properties had effects on impact resistance performance by high-velocity impact. And it was observed that the scabbing of rear was suppressed with increase of the oiling agent ratio.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.6
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pp.349-357
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2019
Finite element method (FEM) is utilized in the development of products to realistically analyze and predict the mechanical behavior of materials in various fields. However, the approach based on the numerical analysis of glass fiber reinforced plastic (GFRP) composites, for which the fiber orientation and strain rate affect the mechanical properties, has proven to be challenging. The purpose of this study is to define and evaluate the mechanical properties of glass fiber reinforced plastic composites using the numerical analysis models of Digimat, a linear, nonlinear multi-scale modeling program for various composite materials such as polymers, rubber, metal, etc. In addition, the aim is to predict the behavior of realistic polymeric composites. In this regard, the tensile properties according to the fiber orientation and strain rate of polybutylene terephthalate (PBT) with short fiber weight fractions of 30wt% among various polymers were investigated using references. Information on the fiber orientation was calculated based on injection analysis using Moldflow software, and was utilized in the finite element model for tensile specimens via a mapping process. LS-Dyna, an explicit commercial finite element code, was used for coupled analysis using Digimat to study the tensile properties of composites according to the fiber orientation and strain rate of glass fibers. In addition, the drawbacks and advantages of LS-DYNA's various anisotropic material models were compared and evaluated for the analysis of glass fiber reinforced plastic composites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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