In this paper, we developed the direct numerical simulation(DNS) model considering the geometry of yams which consist of 3D orthogonal woven composite materials, and using this model, the dynamic behavior of under transverse low-velocity impact has been studied. To build up the micromechanical model considering tow spacing and waviness, an accurate unit structure is presented and used in building structural plate model based on DNS. For comparison, DNS results are compared with those of the micromechanical approach which is based on the global equivalent material properties obtained by DNS static numerical tests. The effects with yarn geometrical irregularities which are difficult to consider in a macroscopic approach are also investigated by the DNS model. Finally, the multiscale model based on the DNS concepts is developed to enhance efficiency of analysis with real sized numerical specimen and macro/micro characteristics are presented.
Fiber reinforced composite materials have outstanding specific strength and specific stiffness. So the use of composite materials increases in various kinds of industrial fields including sports goods such as bicycles. Composite materials are used to make structural parts with various kinds of shapes. Specially, rectangular composite tubes are used to make a few of composite bicycle frames, but there has been a few of research on this issue. Rectangular composite tubes are designed to have appropriate radius of curvature and endure bending and torsional loads. In this research, nine kinds of rectangular composite tubes having aspect ratios 1:1, 1:1.5, 1:2 and radius of curvatures R5, R10, R15 were fabricated. The carbon fiber reinforced composite material was used to make tubes having same cross sectional areas. The stacking sequence of tubes is $[0/90/{\pm}45]s$. Experimental evaluation was accomplished to apply bending and torsional load to the tubes. Experimental results show that bending and torsional characteristics depend on radius of curvature and aspect ratio of rectangular composite tubes.
Park, Byong-Ug;Seo, Yu-Deok;Kim, Hyun-Jung;Youn, Sung-Kie;Lee, Seung-Hoon;Lee, Deog-Gyu;Lee, Eung-Shik;Chang, Su-Young
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.7
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pp.627-633
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2009
Composite has become one of the most frequently used material for a tube of satellite camera due to its attractive characteristics. However, laminated composites can be weakened by delamination which comes from interlaminar stress. Such failure mode cause structural instability of the camera as well as degradation of optical quality. Therefore composite tube should be robust in delamination. Also, composite tube should have high stiffness, sufficient high natural frequency and small coefficient of thermal expansion. The design procedures presented in this paper are based on design of experiments. The experiments for mechanical analysis are designed by the tables of orthogonal arrays. In order to manipulate the various mechanical properties systematically, multiple-attribute decision making(MADM) is employed. Through analysis of variance and F-test, the critical design variables which have dominant influences on mechanical performance are determined. Finally improved ply angles for composite tube are determined.
We have synthesized new aromatic polyesters (DiPEG-HQ and DiPEG-BP) by condensation polymerization of a terephthalic acid derivative bearing a pendant oligo(oxyethylene) (DP = 7, MW = 350), which has a methoxy terminal group, and two different aromatic diols, hydroquinone and 4,4'-biphenoI. The synthesized polymers were characterized by differential scanning calorimetry (DSC), polarizing microscopy, and X-ray diffractometry for their liquid crystallinity (LC), thermal transitions, and structural morphologies in mesophases. The morphology of the LC phases depends strongly on the length of the rigid backbone repeating unit. The DiPEG-BP polymer having a longer repeating unit exhibits both layered and nematic structures before isotropization, whereas the DiPEG-HQ polymer having a shorter repeating unit shows only the layered structure in the mesophase. We found that the layer spacing for DiPEG-HQ is larger than that for DiPEG-BP. Both polymers easily form complexes with LiCF$_3$SO$_3$; we studied this complex formation by FT-IR spectroscopy. The layer spacing of the polymer-electrolyte composites increases upon increasing the amount of the lithium salt. The polymer/salt electrolyte mixtures we investigated at molar ratios of EO:salt in the range of 5-20 exhibit electrical conductivity values at 40$^{\circ}C$ of 2.4${\times}$10$\^$5/ and 1.1${\times}$10$\^$-5/ S/cm for DiPEG-HQ/LiCF$_3$SO$_3$ and DiPEG-BP/LiCF$_3$SO$_3$, respectively. At 80 $^{\circ}C$, these values are higher: 4.6${\times}$10$\^$-3/ and 1.1${\times}$10$\^$-4/ S/cm, respectively. The activation energy of conductivity depends strongly on the salt concentration.
This paper has performed an experimental study on the hybrid composite carbody of Korean tilting railway vehicle. The hybrid composite carbody has the length of 23m and is comprised of a 40mm-thick aluminium honeycomb core and 2mm-thick woven fabric carbon/epoxy face sheet. In order to evaluate the structural behavior and safety of the hybrid composite carbody, the static load tests such as vertical load, end compressive load, torsional load and 3-point support load tests have been conducted. The test was performed under Japanese Industrial Standard (JIS) 17105 standard. from the tests, the maximum deflection was 12.3mm and the equivalent bending stiffness of the carbody was $0.81\times10^{14}\;kgf{\cdot}mm^2$. The maximum strain of the composite body was below $20\%$ of failure strain of the carbon/epoxy face sheet.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.8
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pp.597-604
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2013
A coupled thermomechanical analysis of composite structures in pyrolysis and ablation environments is performed. The pyrolysis and ablation models include the effects of mass loss, pore gas diffusion, endothermic reaction energy, surface recession, etc. The thermal and structural analysis interface is based upon a staggered coupling algorithm by using a commercial finite element code. The characteristics of the proposed method are investigated through numerical experiments with carbon/phenolic composites. The numerical studies are carried out to examine the surface recession rate by chemical and mechanical ablation. In addition, the effects of shrinkage or intumescence during the pyrolysis process are shown.
Application fields on structural health monitoring of fiber Bragg gratings (FBGs) are gradually expanded even to a primary structure as well as a secondary structure and a specimen. For the reason, verification for the reliability of FBGs such as signal characteristics and mechanical strength becomes much more important. In this study, mechanical strength characteristics of FBGs with their fabrication process and reflectivity are investigated with various grating lengths. From the results of tension tests, it is shown that the mechanical strength of optical fibers decreases about $50\%$ just by jacket stripping and the amount of decrease is dependent on stripping methods. About $55\%$ of mechanical strength of stripped optical fibers decreases if gratings are formed in the core and it is regardless of grating lengths and reflectivity. However, the width of strength distribution increases relative to increases in reflectivity.
Kim, Myong-Se;Cho, Hyung-Sik;Cho, Sung-Kyu;Yoon, Jae-Jun;Baek, Hyun-Deok;Kim, Ki-Soo
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.27
no.2
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pp.124-133
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2007
In our research, we focused on the FBG sensor system which is one of the fiber optic sensor system. The FBG sensor system is used for structural measurements. The problem of FBG sensor is very thin and weak. The methods that can protect FBG optical fiber sensor front outside forces such as the impacts are investigated. The FBG sensor embedded in the fiber reinforced composites which can replace the reinforcing steel bars in concretes can be applied to the concrete structures by embedding to the composite materials. The progresses in tensile strength of FBG sensor embedded in the reinforcing FRP bars in the concrete structures compare to plain FBGs were observed and the good long term durability is expected.
Nowadays, there are a great number of various structures that have been retrofitted by using different FRP Composites. Due to this, more researches need to be conducted to know more the characteristics of these structures, not only that but also a comparison among them before and after the retrofitting is needed. In this research, a model steel structure is tested using a bench-scale earthquake simulator on the shake table, using recorded micro tremor data, in order to get the dynamic behaviors. Beams of the model steel structure are then retrofitted by using CFRP composite, and then tested on the Quanser shake table by using the recorded micro tremor data. At this stage, it is needed to evaluate the dynamic behaviors of the retrofitted model steel structure. Various types of methods of OMA, such as EFDD, SSI, etc. are used to take action in the ambient responses. Having a purpose to learn more about the effects of FRP composite, experimental model analysis of both types (retrofitted and no-retrofitted models) is conducted to evaluate their dynamic behaviors. There is a provision of ambient excitation to the shake table by using recorded micro tremor ambient vibration data on ground level. Furthermore, the Enhanced Frequency Domain decomposition is used through output-only modal identification. At the end of this study, moderate correlation is obtained between mode shapes, periods and damping ratios. The aim of this research is to show and determine the effects of CFRP Composite implementation on structural responses of the model steel structure, in terms of changing its dynamical behaviors. The frequencies for model steel structure and the retrofitted model steel structure are shown to be 34.43% in average difference. Finally, it is shown that, in order to evaluate the period and rigidity of retrofitted structures, OMA might be used.
In this paper, an extended finite element method is proposed to analyze both geometric and material non-linear behavior of general Functionally Graded Material (FGM) plate-shell type structures. A user defined subroutine (UMAT) is developed and implemented in Abaqus/Standard to study the elastoplastic behavior of the ceramic particle-reinforced metal-matrix FGM plates-shells. The standard quadrilateral 4-nodes shell element with three rotational and three translational degrees of freedom per node, S4, is extended in the present study, to deal with elasto-plastic analysis of geometrically non-linear FGM plate-shell structures. The elastoplastic material properties are assumed to vary smoothly through the thickness of the plate-shell type structures. The nonlinear approach is based on Mori-Tanaka model to underline micromechanics and locally determine the effective FGM properties and self-consistent method of Suquet for the homogenization of the stress-field. The elasto-plastic behavior of the ceramic/metal FGM is assumed to follow Ludwik hardening law. An incremental formulation of the elasto-plastic constitutive relation is developed to predict the tangent operator. In order to to highlight the effectiveness and the accuracy of the present finite element procedure, numerical examples of geometrically non-linear elastoplastic functionally graded plates and shells are presented. The effects of the geometrical parameters and the volume fraction index on nonlinear responses are performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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