This paper demonstrates the analyses of the interlaminar shear stress of laminated composite plates subjected to transversely impact. For this purpose, a plate finite element model based on the higher order shear deformation plate theory in conjunction with static contact laws is developed. Test materials were CFRP with cross-ply laminate $[O_4/{\theta}_4]_S$, $[90_4/{\theta}_4]_S$ stacking sequences and angle-ply laminate $[{\theta}_4/-{\theta}_4]_S$, $[{\theta}_4/-{\theta}_4]_S$ stacking deguences with $2^t{\times}40^w{\times}100^l(mm)$ dimension. As a result, stacking seguence and fiber orientation were found to have a significant effect on the interlaminar stresses in composite laminates.
In this study a simple model is developed that predicts impact damage in a composite laminate avoiding the need of the time-consuming dynamic finite element method (FEM). The analytical model uses a non-linear approximation method (Rayleigh-Ritz) and the large deflection plate theory to predict the number of failed plies and damage area in a quasi-isotropic composite circular plate (axisymmetric problem) due to a point impact load at its centre. It is assumed that the deformation due to a static transverse load is similar to that oc curred in a low velocity impact. It is found that the model, despite its simplicity, is in good agreement with FEM predictions and experimental data for the deflection of the composite plate and gives a good estimate of the number of failed plies due to fibre breakage. The predicted damage zone could be used with a fracture mechanics model developed by the second investigator and co-workers to calculate the compression after impact strength of such laminates. This approach could save significant running time when compared to FEM solutions.
Nicholas, P. Emmanuel;Padmanaban, K.P.;Vasudevan, D.
Structural Engineering and Mechanics
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v.52
no.4
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pp.815-827
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2014
Buckling optimization of laminated composite plates is significant as they fail because of buckling under in-plane compressive loading. The plate is usually modeled without cutout so that the buckling strength is found analytically using classical laminate plate theory (CLPT). However in real world applications, the composite plates are modeled with cutouts for getting them assembled and to offer the provisions like windows, doors and control system. Finite element analysis (FEA) is used to analyze the buckling strength of the plate with cutouts and it leads to high computational cost when the plate is optimized. In this article, a genetic algorithm based optimization technique is used to optimize the composite plate with cutout. The computational time is highly reduced by replacing FEA with artificial neural network (ANN). The effectiveness of the proposed method is explored with two numerical examples.
This paper is concerned with numerical simulation of hypervelocity impacts(HVIs) of a projectile on laminated composite plate targets using SPH method. A one-parameter visco-plasticity model and damage model is used to describe the HVIs response of composite materials. The numerical simulation was carried out for a steel projectile striking to aluminum plate targets and for an aluminum projectile striking to laminated graphite/epoxy (Gr/Ep) composite plate targets. Through the numerical simulation, comparison with the HVIs response of isotropic materials and composite materials is discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.12
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pp.2982-2994
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1993
Low-velocity impact responses of composite laminates are investigated using the finite element method based on various theories. In two-dimensional nonlinear analysis, a displacement field considering higher order shear deformation and large deflection of the laminate is assumed and a finite element formulation is developed using a C$^{o}$-continuous 9-node plate element. Also, three-dimensional linear analysis based on the infinitesimal strain-displacement assumptions is performed using 8-node brick elements with incompatible modes. A modified Hertzian contact law is incorporated into the finite element program to evaluate the impact force. In the time integration, the Newmark constant acceleration algorithm is used in conjuction with successive iterations within each time step. Numerical results from static analysis as well as the impact response analysis are presented including impact force histories, deflections, strains in the laminate. Impact responses according to two typical low-velocity impact conditions are compared each other.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.19
no.4
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pp.12-17
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2011
This paper gives a review of finite element model for the analysis of fastening as practical points of view. Different mechanical properties of plate-fastener systems are analyzed. Calculations of the system properties are described as well as the technique of their application in model. Analysis has been performed for calculating the load distribution in multi-joint and the results are compared using the several models. The effects of fastener-hole clearance on the load distribution in multifastener joints are presented. And the stress analysis method have been reviewed for failure analysis of mechanical joint of composite laminate.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.11
no.3
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pp.221-226
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2010
The failure of a Kevlar29/Phenolic composite plate under high-velocity impact from an fragment simulation projectile was investigated using the nonlinear explicit finite element code, LS-DYNA. The composite laminate and the impactor were idealized by solid elements, and the interface between the laminas was modeled as a tiebreak type in LS-DYNA. The interaction between the impactor and laminate was simulated using a surface-to-surface eroding contact algorithm. When the stress level meets the given failure criteria, the layer in the element is eroded. Numerical results were verified through existing test results and showed good agreement.
In this paper a damage imaging technique using pre-stack migration is developed using Lamb (guided) wave propagation in composite structures for imaging multi damages by both numerical simulations and experimental studies. In particular, the paper focuses on the experimental study using a finite number of sensors for future practical applications. A composite laminate with a surface-mounted linear piezoelectric ceramic (PZT) disk array is illustrated as an example. Two types of damages, one straight-crack damage and two simulated circular-shaped delamination damage, have been studied. First, Mindlin plate theory is used to model Lamb waves propagating in laminates. The group velocities of flexural waves in the composite laminate are also derived from dispersion relations and validated by experiments. Then the pre-stack migration technique is performed by using a two-dimensional explicit finite difference algorithm to back-propagate the scattered energy to the damages and damages are imaged together with the excitation-time imaging conditions. Stacking these images together deduces the resulting image of damages. Both simulations and experimental results show that the pre-stack migration method is a promising method for damage identification in composite structures.
Steel plate or FRP materials have been typically used for the seismic retrofit of civil infrastructures. In order to overcome the limitation of each retrofitting material, a composite material, which takes advantages from both metal and fiber polymer materials, has been developed. In the study herein, the composite retrofitting material consists of metal part(steel or aluminum) and FRP sheet part(glass or carbon fiber). The metal part can enhance the ductility and the FRP part the ultimate strength. As a preliminary study to investigate the fundamental mechanical characteristics of the metal-FRP laminated composite material this study performed the tensile test with various experimental variables including the number, the angle and the combination of FRP laminates. From the test results, both aluminum and steel-FRP laminate composite material showed increased fracture toughness. However, the angle and the kind of fibers should be carefully considered in conjunction with the expected loading conditions. In general, steel-FRP laminate composite showed better tensile performance in regards to the seismic retrofit purposes.
Failure of Kevlar29/Phenolic composite plate under high velocity impact of FSP(Fragment Simulation Projectile) is investigated using a non-linear explicit finite element code, LS-DYNA. Composite laminate and impactor are idealized by solid element and interface between laminas are modeled by tied-break element in LS-DYNA. Interaction between impactor and laminate is simulated face-to-face eroding contact algorithm. When the stress level meets a failure criteria, the layer in the element is eroded. Numerical results are verified by existing test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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