Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.10
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pp.418-423
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2018
Recently, research and development of high-value leisure vessels has been carried out in Korea to revitalize the marine leisure industry and tap into the global maritime leisure market. FRP composite materials, which have excellent physical properties and are available for the manufacture of light hulls, are used widely. One of the most important design technologies is to secure structural safety of leisure vessels made from FRP composite materials. In this study, the structural strength was assessed for the design of an 8-meter high-speed planing leisure boat made from FRP composite materials. The design loads to verify the structural safety were calculated according to the rules for the classification of high speed light craft (KR, 2015), and structural analysis was conducted using a finite element model composed of an isotropic shell element, which has equivalent bending rigidity with the FRP sandwich panel. The analysis results were compared with the results of the strength test for fabricated specimens, and all internal structural components are sufficiently satisfied with the structural strength.
One of the major problems in glass fiber reinforced epoxy (GFRE) composite pipes is the durability under water absorption. This condition is generally recognized to cause degradations in strength and mechanical properties. Therefore, there is a need for an intelligent system for detecting the absorption rate and computing the mass of water absorption (M%) as a function of absorption time (t). The present work represents a new non-destructive evaluation (NDE) technique for detecting the water absorption rate by evaluating the dielectric properties of glass fiber and epoxy resin composite pipes subjected to internal hydrostatic pressure at room temperature. The variation in the dielectric signatures is employed to design an electrical capacitance sensor (ECS) with high sensitivity to detect such defects. ECS consists of twelve electrodes mounted on the outer surface of the pipe. Radius-electrode ratio is defined as the ratio of inner and outer radius of pipe. A finite element (FE) simulation model is developed to measure the capacitance values and node potential distribution of ECS electrodes on the basis of water absorption rate in the pipe material as a function of absorption time. The arrangements for positioning12-electrode sensor parameters such as capacitance, capacitance change and change rate of capacitance are analyzed by ANSYS and MATLAB to plot the mass of water absorption curve against absorption time (t). An analytical model based on a Fickian diffusion model is conducted to predict the saturation level of water absorption ($M_S$) from the obtained mass of water absorption curve. The FE results are in excellent agreement with the analytical results and experimental results available in the literature, thus, validating the accuracy and reliability of the proposed expert system.
Carbon fiber-reinforced SiC matrix composites have good oxidation resistance and thermal shock resistance. These properties have allowed the composites to be applied to high-temperature structures. In this study, $C_f/SiC$ composites were fabricated via precursor infiltration and pyrolysis (PIP) process, including liquid phase infiltration and chemical vapor curing using cyclohexene. The final $C_f/SiC$ composites, which have gone through the PIP process five times, showed a density of $1.79g/cm^3$, as compared to a density of $0.43g/cm^3$ for pre-densified bare carbon fiber preform. As for the oxidation resistance characteristics, the weight of $C_f/SiC$ composite was maintained at 81% at $1400^{\circ}C$ in air for 6 hours. Chemical vapor curing (CVC) using cyclohexene has shown to be an effective method to achieve high densification, leading to increased oxidation resistance.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3A
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pp.457-464
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2006
Fiber-reinforced composite materials due to their high specific strength, high stiffness and light weight are becoming increasingly used in many engineering industry, especially in the aerospace, marin and civil, etc. In this paper, the buckling load and mode shapes of composite laminates with elliptical cross-section including transverse shear deformations are analyzed. For solving this problems, a versatile flat shell element has been developed by combining a membrane element with drilling degree-of-freedom and a plate bending element. Also, an improved shell element has been established by the combined use of the addition of enhanced assumed strain and the substitute shear strain fields. The combined influence of shell geometry and elliptical cross-sectional parameter, fiber angle, and lay-up on the buckling loads of elliptical cylinder is examined. The critical buckling loads and mode shapes analyzed here may serve as a benchmark for future investigations.
In this study, damage evaluation of glass fiber reinforced thermoplastic composites was investigated with acoustic emission method. Specimens of 1.7mm thickness laminate were made from PET and 7 layers o171ass fabrics. Notch and impact loading were added to the specimen and normal tensile test and tensile test with the dead load were carried out. AE signal was measured as the functions of notch ratio to the width0 and impact energy in order to find out the correlation between fracture mode and AE parameters. The result has shown that low amplitude of AE signal was due to the microcrack of matrix and its growth, whereas the amplitude in the mid range was the response to the delamination and interfacial separation. In the range of high amplitude above 90dB. the fracture of glass fabric was found. Tensile strength decreased with increasing notch ratio to the width and impact energy because of tile effect or delamination, the cracking of matrix and stress concentration. In proportion to the size of damaged area. AE signal showed its wider range of frequency and energy as well as increased number of hits.
In this study, a fiber reinforced plastic (FRP) pipe with superior wear resistance was developed to replace the fly ash pipe of cast iron. Wear test was performed with various combinations of SiC filler and resin materials of unsaturated polyester, vinylester, epoxy, and phenol. Test results of ASTM D4060 showed the optimal combinations of resin, filler size, and resin/filler ratios. Test results of comparison between FRP and cast iron showed the possibility to replace cast iron pipe with the FRP pipe. Field test executed to compare the wear resistance between cast iron pipe and developed FRP pipe showed the superiority of the FRP pipe.
One of the most important factors which affect the mechanical properties of fiber-reinforced composite materials is the interfacial shear strength (IFSS). The IFSS of glass fiber and polycarbonate (PC)/styrene-co-acrylonitrile (SAN) blend system has been measured by the single fiber fragmentation test (SFFT). SAN contents were varied up to 30 wt% and the IFSS increased with the SAN contents. Styrene-co-maleic anhydride (SMA) was used as the compatibilizer and the glass fiber was surface treated with organosilane coupling agents. Addition of small amount of SMA in PC/SAN blend improved the IFSS by chemical bonding between maleic anhydride and silanol. The optimum MA content was 0.4 wt% of total matrix contents. Also, IFSS was greatly affected by the miscibility condition of SAN/SMA blends, which depended on the copolymer composition of SAN and SMA. It was found out that, higher IFSS could be obtained when the SAN/SMA blend was in miscible pairs. In case of SAN/SMA miscible pairs, the IFSS depended on the MA content in total matrix, not on the MA content in SMA.
As a preliminary study of optimum composite properties under cryogenic temperature, the comparison of interfacial properties of carbon or glass fibers reinforced epoxy composites was evaluated at ambient and intermediate low temperature, i.e., 25 and $-10^{\circ}C$ by using micromechanical techniques. Under tensile and compressive loading conditions, their mechanical modulus at low temperature was higher than that atambient temperature. Interfacial shear strength (IFSS) at ambient and low temperatures was compared to each other, depending on epoxy matrix toughness and apparent modulus at the interface. The IFSS was much higher at low temperature than that at room temperature because of the increased epoxy matrix modulus. Statistical distributions of tensile strengths of glass and carbon fibers were evaluated for different temperature ranges, which is dependent upon fiber's inherent flaws and rigidity.
In our previous studies, continuous SiC fiber-reinforced SiC-matrix composites ($SiC_f$/SiC) had been fabricated by two different slurry infiltration methods: vacuum infiltration and electrophoretic deposition (EPD). 12 wt% of $Al_2O_3-Y_2O_3$-MgO with respect to SiC powder was used as additives for liquid-phase assisted sintering. After hot pressing at $1750^{\circ}C$ under 20 MPa for 2 h in Ar atmosphere, a high composite density could be achieved for both cases, whereas the problems such as large grain size and non-uniform distribution of liquid phase were observed, which was resulted in the relatively poor mechanical properties of composites. Therefore, efforts have been made to reduce the grain growth during the sintering, including the optimization for hot pressing condition and utilization of spark plasma sintering using a SiC monolith. Based on the results, spark plasma sintering was found to be effective method in decreasing the amount of sintering additive, time and grain growth, which will be explained in comparison to the results of hot pressing in this paper.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.21
no.6
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pp.865-870
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2012
CFRP of the advanced composite materials as structure materials for vehicles has a widely application in lightweight structural materials of air planes, ships and automobiles because of high strength and stiffness compared with conventional materials. This study is to investigate the energy absorption characteristics and collapse mode of CFRP single and double hat shaped structural member under the axial static collapse test. The CFRP single and double hat shaped structural members stacked at different angles (${\pm}15^{\circ}$, ${\pm}45^{\circ}$, ${\pm}90^{\circ}$, $90^{\circ}/0^{\circ}$ and $0^{\circ}/90^{\circ}$ where the direction on $0^{\circ}$ coincides with the axis of the member). The axial static collapse tests were carried out for each member. Collapse mode and energy absorption characteristics of the each member were analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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