The failure of composite sandwich structures with thickness and material variation was studied. The main body of the structure is sandwich plate made of the carbon composite face and Aluminum honeycomb core. It is connected with composite laminated flange without core through transition region of tapered sandwich panel with foam core. Tension and compression tests were conducted for the total of 6 panels, 3 for each. Test results showed that the panels under compression are vulnerable to the face failure along the material discontinuity line between two different cores. However the failure load of which panel does not show such failure can carry 16% more load and fails in honeycomb core and face debonding. For the tensile load, the extensive delamination failure was observed at the corner radius which connects the panel and the flange. The average failure load for compression is about 7 times the tensile failure load. Accordingly, these sandwich structures should be applied to the components that endure the compressive loadings.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.15
no.1
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pp.277-290
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1995
The study was carried out to analyze the fracture behavior and the acoustic emission(AE) characteristics and to find the relationship among tensile strength, fracture toughness and cure pressure in owe process of the carbon fiber reinforced composites of two types, $[0^{\circ}/90^{\circ}]_{2S}$ and $[0^{\circ}\;_2/90^{\circ}\;_2]_S$. AE signals were detected during the curing process, tensile tests and fracture toughness tests by acoustic emission(AE) measurements, respectively. Tensile strengths showed that the less cure pressurizing steps and the side of $[0^{\circ}/90^{\circ}]_{2S}$ specimens had the higher strengths than those of the others. Fracture toughness by the change of test temperature showed nearly same values in the same temperature region, but the higher test temperature had the lower fracture toughness values. In order to examine the relationship between fracture behavior of CFRP in tensile and fracture toughness tests and AE signals, the post processing for AE parameters of AE data and the observations of microscope and SEM have been carried out respectively.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.2
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pp.95-101
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2020
The wind turbine blades should be designed to possess a high stiffness and should be fabricated with a light and high strength material because they serve under extreme combination of lift and drag forces, converting kinetic energy of wind into shaft work. The goal of this study is to understand the basic knowledge required to curtail the process time consumed during the construction of small wind turbine blades using carbon fiber reinforced polymer (CFRP) prepeg composites. The configuration of turbine rotor was determined using the QBlade freeware program. The fluid dynamics module simulated the loads exerted by the wind of a specific speed, and the stress analysis module predicted the distributions of equivalent von Mises stress for representing the blade structures. It was suggested to modify the shape of test specimen from ASTM D638 to decrease the variance in measured tensile strengths. Then, a series of experiments were performed to confirm that the bladder compression molded CFRP prepreg can provide sufficient strength to small wind turbine blades and decrease the cure time simultaneously.
In this paper, a composite stiffened panel was fabricated using a three-dimensional weaving method that can reduce the risk of delamination, and mechanical properties such as buckling load and natural frequency were investigated. The preform of the stringer and skin of the stiffened panel were fabricated in one piece using T800 grade carbon fiber and then, resin (EP2400) was injected into the preform. The compression test and natural frequency measurement were performed for the stiffened panel, and the results were compared with the finite element analyses. In order to compare the performance of 3D weaving structures, the stiffened panels with the same configuration were fabricated using UD and 2D plain weave (fabric) prepregs. Compared to the tested buckling load of the 3D woven panel, the buckling loads of the stiffened panels of UD prepreg and 2D plain weave exhibited +20% and -3% differences, respectively. From this study, it was confirmed that the buckling load of the stiffened panel manufactured by 3D weaving method was lower than that of the UD prepreg panel, but showed a slightly higher value than that of the 2D plain weave panel.
Young Cheol Kim;Geunsu Joo;Hong-Kyu Jang;Jinbong Kim;Min-Gyu Kang;Woo-Kyoung Lee;Ji Hoon Kim
Composites Research
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v.36
no.5
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pp.303-309
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2023
In this paper, a Progressive Damage and Failure Analysis (PDFA) modeling method was developed using ABAQUS/EXPLICIT to predict in-plane damage and delamination for Open-Hole Compression (OHC) testing. The proposed PDFA model was constructed based on Hashin criteria and cohesive behavior. The strength and stiffness of OHC specimens with three types of stacking sequences [(45/-45/02)3]s , [(45/0/-45/90)3]s and [45/-45/0/45/-45/90/(45/-45)2]s were compared to comprehensively evaluate the validity of the Finite Element(FE) model of PDFA. The strength and stiffness of the OHC specimens were predicted relatively well, with less than a percentage error 10.0 %. For the numerical simulation case for each layup, the damage initiation/evolution of OHC specimens were evaluated for delamination and tension/compression matrix damage before and after failure.
Seung-Ji Yang;Young-june Park;Sung-Eun Kim;Jun-Geol Ahn;Hyun-Ik Yang
Composites Research
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v.37
no.1
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pp.7-14
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2024
Due to the structural characteristic of a double roller, the double roller can have various deformation behaviors depending on a gap block design, even if dimensions and loading conditions for the double roller are the same. Based on this feature, we propose a strategy for designing the gap block of the carbon-fiber reinforced plastic (CFRP) double roller to minimize defects (e.g., sagging and wrinkling), which can be raised during the product conveying process, with the pursue of the lightweight design. In the suggested strategy, analysis cases are first selected by considering main design parameters and engineering tolerances of the gap block, and then deformation behaviors of these selected cases are extracted using the finite element method (FEM). Here, to obtain the optimal gap block parameters that satisfy the purpose of this study, deformation deviations in the contact area are calculated and compared using the extracted deformation behaviors. Note that the contact area in this work is located between the product and the roller. As a result, through the design method of the gap block proposed in this work, it is possible to construct the CFRP double roller that can significantly decrease the defects without changing the overall sizes of the roller. A detailed method is suggested herein, and the results are evaluated in a numerical way.
This study proposes a hybrid composite where a thin copper film (Cu film) is embedded in carbon fiber reinforced plastic (CFRP), and quantum annealing is applied to derive the combination of Cu film placement that maximizes the through-thickness thermal conductivity. The correlation between each ply of CFRP and the Cu film is analyzed through finite element analysis, and based on the results, a combination optimization problem is formulated. A formalization process is conducted to embed the defined problem into quantum annealing, resulting in the formulation of objective functions and constraints regarding the quantity of Cu films that can be inserted into each ply of CFRP. The formulated equations are programmed using Ocean SDK (Software Development Kit) and Leap to be embedded into D-Wave quantum annealer. Through the quantum annealing process, the optimal arrangement of Cu films that satisfies the maximum through-thickness thermal conductivity is determined. The resulting arrangements exhibit simpler patterns as the quantity of insertable Cu films decreases, while more intricate arrangements are observed as the quantity increases. The optimal combinations generated according to the quantity of Cu film placement illustrate the inherent thermal conductivity pathways in the thickness direction, indicating that the transverse placement freedom of the Cu film can significantly affect the results of through-thickness thermal conductivity.
It is essential to develop a light-weight, high-performance structure for the deployable reflector antenna, which is the payload of a reconnaissance satellite, considering launch and orbital operation performance. Among them, the composite main reflector is a key component that constitutes a deployable reflector antenna. In particular, the development of a high-performance main reflector is required to acquire high-quality satellite images after agile attitude control maneuvers during satellite missions. To develop main reflector, the initial design of the main reflector was confirmed considering the structural performance according to the laminate stacking design and material properties of the composite main reflector that constitutes the deployable reflector antenna. Based on the initial design, four types of composite main reflectors were manufactured with the variable for manufacturing process. As variables for manufacturing process, the curing process of the composite structure, the application of adhesive film between the carbon fiber composite sheet and the honeycomb core, and the venting path inside the sandwich composite were selected. After manufacture main reflector, weight measurement, non-destructive testing(NDT), surface error measurement, and modal test were performed on the four types of main reflectors produced. By selecting a manufacturing process that does not apply adhesive film and includes venting path, for a composite main reflector with light weight and structural performance, we developed and verified a main reflector that can be applied to the SAR(Synthetic Aperture Rader) satellite.
Sung-Eun Kim;Jun-Geol Ahn;Moon-Sung Kim;Seung-Ji Yang;Ki-Young Kim;Hyun-Ik Yang
Composites Research
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v.37
no.2
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pp.86-93
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2024
The inner foam structure plays an important role in the performance of the carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) rear spoiler used in automobiles. However, there is still a lack of studies for the CFRP-based rear spoiler according to the type of inner foam, especially under the high-speed driving condition. With this motivation, we numerically analyze the performance of the CFRP rear spoiler using various cases of the inner foam under the highspeed driving condition. Here, polymethacrylimide (PMI), polyvinyl chloride (PVC), and styrene acrylonitrile (SAN) resins are employed as the inner foams in this work. The performances are evaluated using the deformation aspects and vibration characteristics when the driving condition is a high-speed condition (200 km/h). Furthermore, to specifically verify the importance of the inner foam in the high-speed condition, we additionally investigate the performance of the CFRP rear spoiler without the inner foam structure (i.e., hollow type). As a result, it is confirmed that among the types of inner foams utilized in this work, the PMI and PVC inner foams have the best deformation aspect and vibration characteristic, respectively. Note that the hollow-type inner foam has inferior performances compared to other inner foams invoked in this study. Consequently, through this study, it can be confirmed that the inner foam structure can significantly improve the performance of the CFRP spoiler under high-speed driving condition (200 km/h), and also that the strengths of the CFRP spoiler can manifest differently depending on the types of inner foam core.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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