The delamination is a special mode of failure occurring in composite laminates. Several numerical studies with finite element analysis have been carried out on the delamination behavior of unidirectional composite laminates. On the other hand, the fracture for the multi-directional composite laminates may occur not only along the resin-fiber interface between plies known as interply or interlaminar fracture but also within a ply known as interyarn or intralaminar fracture accompanied by matrix cracking and fiber bridging. In addition, interlaminar and intralaminar cracks appear at irregular proportions and intralaminar cracks proceeded at arbitrary angle. The probabilistic analysis method for the prediction of crack growth behavior within a layer is more advantageous than the deterministic analysis method. In this paper, we analyze the crack path when the mode I load is applied to the cross-ply carbon/epoxy composite laminates and collect and analyze the probability data to be used as the basis of the probabilistic analysis in the future. Two criteria for the theoretical analysis of the crack growth direction were proposed by analyzing the stress field at the crack tip of orthotropic materials. Using the proposed method, the crack growth directions of the cross-ply carbon/epoxy laminates were analyzed qualitatively and quantitatively and compared with experimental results.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.18
no.4
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pp.278-291
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1998
Fracture process of continuous fiber reinforced composites is very complex because various fracture mechanisms such as matrix cracking, debonding, delamination and fiber breaking occur simultaneously during crack growth. If fibers cause crack bridging during crack growth, the stable crack growth and unstable crack growth appear repeatedly. Therefore, it is very difficult to exactly determine tile starting point of crack growth and the fracture toughness at the critical crack length in composites. In this research, fracture toughness test for CFRP was accomplished by using acoustic emission(AE) and recording of tile fracture process in real time by video-microscope. The starting point of crack growth, pop-in point and the point of unstable crack growth can be exactly determined. Each fracture mechanism can be classified by analyzing the fracture process through AE and video-microscope. The more reliable method ior the fracture toughness measurement of composite materials was proposed by using the combination of R-curve method, AE and video microscope.
In this paper, fracture behavior of laminated composites with notch was studied by cohesive zone modeling approach. The numerical modeling proceeded by first generating 3 dimensional solid element meshes for notched laminated composite coupon configurations. Then cohesive elements representing failure modes of fiber fracture, matrix cracking and delamination were inserted between bulk elements in all regions where the corresponding failures were likely to occur. Next, progressive failure analyses were performed simulating uniaxial tensile tests. The numerical results were compared to those by experiment available in the literature for verification of the analysis approach. Finally, notched laminated composite configurations with selected stacking sequences were analyzed and the failure behavior was carefully examined focusing on the failure initiation and progression and the dominating failure modes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.8
no.5
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pp.425-434
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1984
The concept of intermittent interlaminar bonding is investigated as a means of improving the fracture toughness of cross-ply Gr/Ep composites without significant loss of tensile strength and modulus. The concept of linear elastic fracture mechanics(LEFM)is used to study the effects of strong bonded area and bonding composites. The experimental results indicate that the fracture toughness and notch strength of intermittent interlaminar bonded composities are improved and the tensile strength only decreased by 3-8% in comparison to those of the fully bonded composites. Damage zones around the crack tip are detected by the modified X-Ray non-destructive testing technique and the fractography. The improvement of toughness is explained based on the damage zones. The mechanisms of damage zone are shown to be caused by subcrack along the fiber on the 0.deg. ply, matrix cracking along the fiber on the 90.deg. ply, interlaminar delamination, and ply pull-out of the 0.deg. ply.
Woven fabrics composites are used as primary structural components in many applications because of their superior properties that offer high specific strength and stiffness. However, the complexity of the fabric structure makes understanding of their failure behavior very difficult. Also, laminate woven fabrics CFRP have unique failure mechanisms such as fiber bridging, fiber/matrix crack and so on. In particular, the delamination phenomenon of the composite materials is one of the most frequent failure mechanisms. So, we estimated interlaminar fracture and damage in composites using as ENF specimen by a 3 point bending test. And AE characteristics were examined for crack propagation on plain woven CFRP. We obtained the following conclusions from the results of the evaluation of the 3 point bending fracture test and AE characteristic estimation. AE counts of maximum crack length were obtained as $85.97{\times}10^4\;and\;93{\times}10^3\;for\;a_0/L=0.3$ and 0.6, respectively. Also the maximum amplitudes were over 80dB at both $a_0/L=0.3\;and\;0.6$. $G_{IIc}$ at that's $a_0/L$ ratio were obtained with $1.07kJ/m^2\;and\;3.79kJ/m^2$.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.51
no.3
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pp.454-460
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2015
The present study is undertaken to evaluate the effect of volume fraction on the results of Charpy impact test for the rubber matrix filled with nano sized silica particles composites. The Charpy impact tests are conducted in the temperature range $0^{\circ}C$ and $-10^{\circ}C$. The range of volume fraction of silica particles tested are between 11% to 25%. The critical energy release rate $G_{IC}$ of the rubber matrix composites filled with nano sized silica particles is affected by silica volume fraction and it is shown that the value of $G_{IC}$ decreases as volume fraction increases. In regions close to the initial crack tip, fracture processes such as matrix deformation, silica particle debonding and delamination, and/or pull out between particles and matrix which is ascertained by SEM photographs of Charpy impact fracture surfaces.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.19
no.3
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pp.326-333
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2010
In this study, DAQ and TRA modules were applied to the CFRP single specimen testing method using AE. A method for crack identification in CFRP specimens based on k-mean clustering and wavelet transform analysis are presented. Mode I on DCB under vertical loading and mode II on 3-points ENF testing under share loading have been carried out, thereafter k-mean method for clustering AE data and wavelet transition method per amplitude have been applied to investigate characteristics of interfacial fracture in CFRP composite. It was found that the fracture mechanism of Carbon/Epoxy Composite to estimate of different type of fractures such as matrix(epoxy resin) cracking, delamination and fiber breakage same as AE amplitude distribution using a AE frequency analysis. In conclusion, the presented results provide a foundation for using wavelet analysis as efficient crack detection tool. The advantage of using wavelet analysis is that local features in a displacement response signal can be identified with a desired resolution, provided that the response signal to be analyzed picks up the perturbations caused by the presence of the crack.
The effect of structure size on the nominal strength of unidirectional fiber-polymer composites, failing by propagation of a kink band with fiber microbuckling, is analyzed experimentally and theoretically. Tests of novel geometrically similar carbon-PEEK specimens, with notches slanted so as to lead to a pure kink band (without shear or splitting cracks), are conducted. The specimens are rectangular strips of widths 15.875, 31.75. and 63.5 mm (0.625, 1.25 and 2.5 in and gage lengths 39.7, 79.375 and 158.75 mm (1.563, 3.125 and 6.25 in.). They reveal the existence of a strong (deterministic. non-statistical) size effect. The doubly logarithmic plot of the nominal strength (load divided by size and thickness) versus the characteristic size agrees with the approximate size effect law proposed for quasibrittle failures in 1983 by Bazant This law represents a gradual transition from a horizontal asymptote, representing the case of no size effect (characteristic of plasticity or strength criteria), to an asymptote of slope -1/2 (characteristic of linear elastic fracture mechanics. LEFM) . The size effect law for notched specimens permits easy identification of the fracture energy of the kink bandand the length of the fracture process zone at the front of the band solely from the measurements of maximum loads. Optimum fits of the test results by the size effect law are obtained, and the size effect law parameters are then used to identify the material fracture characteristics, Particularly the fracture energy and the effective length of the fracture process zone. The results suggest that composite size effect must be considered in strengthening existing concrete structural members such as bridge columns and beams using a composite retrofitting technique.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.7
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pp.2134-2140
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1996
This study was carried out to anlayze the heat-resistant characteristics of functionally gradient material(FGM) composed with ceramic and metal. The thermal fracture behavior of plasma-sprayed FGM and conventional coating material(NFGM) was exaimined by acoustic emession technique under heating and cooling. Furnace cooling and rapid cooling tests were used to examine the effect of temperature change under various conditions, respectively. At the high temperature above $800^{\circ}C$, it was shown that FGM gives higher thermal resistance compared to NFGM by AE signal and fracture surface analysis.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.10a
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pp.111-114
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2003
Thermosets are highly cross-linked polymers with a three-dimensional molecular structure. The network structure gives rise to mechanical properties, however, one major drawback of thermosets, which also results from their network structure, is their poor resistance to impact and to crack initiation. In this study, to solve this problem, the reactive thermoplastics such as amine terminated polyetherimide (ATPEI), ATPEI-CTBN-ATPEI(ABA) triblock copolymer, CTBN-ATPEI(AB) diblock copolymer, and carboxyl group modified ATPEI was synthesized, after that blended with epoxy resin, and the carbon fiber reinforced composites were fabricated. The impact load, energy, and delamination were investigated by using drop weight impact test and C-scan test. As a results, the ABA/epoxy blend system showed good impact properties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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