Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.2
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pp.265-270
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2013
Strength design for a lightweight bicycle frame made of carbon/epoxy composite laminates was studied using Tsai-Wu's failure criterion. For the design of bicycle frames, reducing the weight of the frame is of great importance. Furthermore, the frame should satisfy the required strength under specific loading cases. In accordance with the European EN 14764 standard for bicycle frames, three loading cases-pedaling, vertical, and level loadings-were investigated in this study. Because of the anisotropic characteristics of composite materials, it is important to decide the appropriate stacking sequence and the number of layers to be used in the composite bicycle frame. From finite element analysis results, the most suitable stacking sequence of the fiber orientation and the number of layers were determined. The stacking sequences of $[0]_{8n}$, $[90]_{8n}$, $[0/90]_{2ns}$, $[{\pm}45]_{2ns}$, $[0/{\pm}45/90]_{ns}$ (n = 1, 2, 3, 4) were used in the analysis. The results indicated that the $[0/{\pm}45/90]_{3s}$ lay-up model was suitable for a composite bicycle frame. Furthermore, the weakest point and layer were investigated.
The effect of moisture contents by salt water on the strength of composite single-lap bonded joints is investigated. The specimens were manufactured in an autoclave by secondary bonding and immersed in the 3.5% salt water of $71^{\circ}C$ for different durations to get various moisture contents; 0, 0.2, 0.5, 1.0, and 2.0%(saturation). A total of 80 joint specimens were tested for 5 different moisture contents and 2 temperature environments. Test results show that while the joint strengths after the saturation of moisture decrease compared to those of dry ones, the strengths of the pre-saturated joint up to 1.0% of moisture content increase in both room and elevated temperature conditions. It is also shown that the strengths of joints tested in elevated temperature are slightly higher than the strength in room temperature by 2-5% until the moisture content reaches 1 %. In contrast, the high temperature strength of the saturated joint is about 5% lower than the room temperature strength.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.2
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pp.119-128
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2010
The hygrothermal effect on the strength of composite single-lap bonded joints were investigated. The specimens were manufactured in four different manufacturing methods and tested in three different environmental conditions. An interesting result is that the strengths of the joints in the elevated temperature and wet (ETW) conditions were found to be 11 ~ 23% higher than those in the room temperature and dry (RTD) environment. In contrast, the strengths of the joints in the cold temperature and dry (CTD) condition decrease by 8 ~ 21% compared to those in the RTD environment except for cobonded joint. The difference in the strength by testing environments is mainly attributed to the change of the material properties of adhesive by temperature and moisture.
This study investigates the property of graphene filled polymer nanocomposites in LEO(Low Earth orbit) environment conditions. In order to improve compatibility with polymer matrices and resistance of carbon material against AO(Atomic oxygen) attack, silanization of graphene oxide with organosilane was carried out. The corresponding moieties were characterized through X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Graphene oxide filled nanocomposites were prepared using solution based processing methods. The sets of specimen series were tested in an accelerated LEO simulated space environment facility. Graphene oxide and silane treated graphene oxide reinforced nanocomposites were compared with neat epoxy. The comparison revealed that the silane treated graphene filled polymer composite shows inherent resistance against atomic oxygen attack while the lack of silane treatment resulted in a reduction in performance.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.40
no.4
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pp.337-343
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2004
This paper presents an experimental study of friction and wear properties of a unidirectional oriented continuous crbon-fiber reinforced epoxy composite at the ambient temperature. Friction and wear experiments were conducted in the three principal sliding direction of the fiber orientation in the composite were selected against the stainless steel counterpart specularly processed were using a pin -on-disc apparatus. Friction coefficient and specific wear rate at various normal loads and sliding velocities wear determined. When sliding took place against smooth and hard counterpart, the hightest were resistance and the lowest friction coefficient were observed in the anti-parallel direction. The wear track of the worn specimens was examined with a scanning electron microscope(SEM) to observe the damaged fibers on the surface. In addition, SEM observations of the worn surfaces allowed to identify the involved different wear mechanisms.
This study evaluated the multi-bonding performances of timbers as well as those of reinforcement and timber to obtain data for preparing guidelines regarding the use of timbers as large structural members. For the multi-bonding performances of timbers, four types of bonding surfaces were prepared according to the pith position. For the bonding performances of FRP (fiber-reinforced plastic)/steel plate and timber, a total of 11 types of specimens were produced for the selection of the appropriate adhesive. The bonding performances of the produced specimens were evaluated through a water soaking delamination test, a water boiling delamination test, and a block shear strength test. The test results showed that the bonding strength of the bonding surface according to the pith position was highest in the specimen for which the two sections with the pith at the center of the cross-section on timber and between the bonding surfaces (the tangential and radial sections were mixed) were bonded. Furthermore, the specimens for which the section (radial section) with the pith on the bonding surface of the timber was bonded showed a high delamination percentage. The results of the block shear strength test showed that the bonding section did not have a significant effect on the shear strength, and that the measured wood failure percentage was higher than the KS standard value. The PVAc adhesive showed the highest bonding strength between larix timber and GFRP (glass FRP). Furthermore, the epoxy and polyurethane adhesives showed good bonding strength for CFRP (carbon FRP) and structure steel, respectively.
The purpose of this paper is to suggest a lightweight design for the aluminum extrusion carbody structure of a double deck high-speed train using material substitution and size optimization method. In order to conduct material substitution, the topology optimization was used to determine the application parts of sandwich composites at the carbody structures. The results of analysis showed that sandwich composites could be applied at roof and 2nd underframe. The size optimization was used to determine thickness of the aluminum extruded and carbon/epoxy composite. The design variable, state constraint and objective function were formulated to solve the size optimization, and then, the feasible design was presented by these conditions. The results of the lightweight design showed that the weight of double deck high-speed train hybrid carbody could be reduced by 2.18(17.70%) tons.
Currently, fluid transfer steel pipes take a lot of time and expense to maintain all facilities due to new construction and painting or corrosion and aging. Therefore, this study was conducted for designing a CFRP pipe structure with high corrosion resistance and chemical resistance as a substitute for steel pipes. The helical/hoop pattern was cross-laminated to improve durability, and HNT was added to suppress the moisture absorption phenomenon of the epoxy. The HNT/CFRP pipe was manufactured by a filament winding process, and performed a mechanical property test, and a moisture absorption test in distilled water at 70℃. As a result, the highest bending strength was obtained when the hoop pattern was laminated with a thickness equivalent to 0.6% of the pipe. The 0.5 wt% HNT specimen had the highest moisture absorption resistance. Also, the delamination phenomenon at the interlayer interface was delayed, resulting in the lowest strength reduction rate.
PCM (Prepreg Compression Molding) process is a high-speed molding technology that can manufacture high-quality CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) parts. Compared to the autoclave process, it generates less waste and can significantly reduce cycle time, so various studies are being conducted in the aerospace and automobile industries. In this study, in order to improve the quality of the PCM process, a molding method was developed to increase the compression pressure of the press step by step according to the curing behavior of the prepreg. It was confirmed that this multi-stage compression molding technology is a good means to produce high-quality CFRP products and shorten cycle times. And, the laminated prepreg at room temperature was immediately put into the mold and preheated and molded at the same time, so that it could be molded without a separate preheating process. In addition, as a result of applying the same process conditions optimized for flat plate molding to three-dimensional shapes, a product similar to a flat plate in appearance could be made without the process of establishing process conditions.
In this paper, the Curing process for Epoxy Molding Compound (EMC) Package was developed by comparing the performance of the EMC/Cu Bi-layer package manufactured by the conventional Hot Press process system and Carbon Nanotubes (CNT) Heater process system of the surface heating system. The viscosity of EMC was measured by using a rheometer for the curing cycle of the CNT Heater. In the EMC/Cu Bi-layer Package manufactured through the two process methods by mentioned above, the voids inside the EMC was analyzed using an optical microscope. In addition, the interfacial void and warpage of the EMC/Cu Bi-layer Package were analyzed through C-Scanning Acoustic Microscope and 3D-Digital Image Correlation. According to these experimental results, it was confirmed that there was neither void in the EMC interior nor difference in the warpage at room temperature, the zero-warpage temperature and the change in warpage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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