This study aims to accurately predict the first ply failure loads of laminated composite hypar shell roofs with different boundary conditions. The geometrically nonlinear finite element method (FEM) is used to analyse different symmetric and anti-symmetric, cross and angle ply shells. The first ply failure loads are obtained through different well-established failure criteria including Puck's criterion along with the serviceability criterion of deflection. The close agreement of the published and present results for different validation problems proves the correctness of the finite element model used in the present study. The effects of edge conditions on first ply failure behavior are discussed critically from practical engineering point of view. Factor of safety values and failure zones are also reported to suggest design and non-destructive monitoring guidelines to practicing engineers. Apart from these, the present study indicates the rank wise relative performances of different shell options. The study establishes that the angle ply laminates in general perform better than the cross ply ones. Among the stacking sequences considered here, three layered symmetric angle ply laminates offer the highest first ply failure load. The probable failure zones on the different shell surfaces, identified in this paper, are the areas where non-destructive health monitoring may be restricted to. The contributions made through this paper are expected to serve as important design aids to engineers engaged in composite hypar shell design and construction.
This paper uses the finite element method (FEM) considering geometrically nonlinear strains to study the first ply failure of laminated composite skewed hypar shell roofs through well-established failure criteria along with the serviceability criterion of deflection. Apart from validating the approach through solution of benchmark problems, skewed hypars with different practical parametric variations are studied for failure loads and tendencies. First ply failure zones are also identified to suggest design and non-destructive monitoring guidelines to the practising engineers. Recommendation tables regarding the design approaches to be adopted in specific cases and factor of safety values needed to be imposed on first ply failure load values for varying shell curvatures are also suggested in this paper. Providing practical inputs to design engineers is the main achievement of the present study.
The present paper deals with the first ply failure analysis of the laminated composite plates under various static and dynamic loading conditions. Static analysis has been carried out under patch load and triangular load. The dynamic failure analysis has been carried out under triangular pulse load. The formulation has been carried out using the finite element method and a computer code has been developed. The first order shear deformation theory has been applied in the present formulation. The displacement time history analysis of laminated composite plate has been carried out and the results are compared with those published in literature to validate the formulation. The first ply failure load for laminated composite plates with various lamination schemes under static and dynamic loading conditions has been calculated using various failure criteria. The failure index-time history analysis has also been carried out and presented in this paper.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.10a
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pp.187-190
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2001
Response surface method is applied to evaluate the reliability of laminated composite panels. Since the linear and nonlinear first-ply failure load are computed using deterministic finite element analysis, new probabilistic finite element analysis is not necessary. Tsai-Wu criterion is used to construct the limit state suface. Material properties, layer thickness and lamina strengths of laminated composite panel are treated as random design variables. feasibility and accuracy of current method is validated using Monte-Carlo method Which perform thousand times of finite element analysis directly.
Design details pertaining to the connection between some recently developed fiber reinforced polymer (FRP) composite deck systems and the supporting girders require openings through cells of the deck. This significantly changes the stress distribution in these components. As a result, the conventional assumptions that deck designs are controlled by their stiffness, and not strength, needs a closer examination. This paper proposes an analytical method to investigate the stress states and failure mechanisms using a type of "global-local" modeling perspective, incorporating classical lamination theory and first ply failure criterion with use of appropriate stress concentration factors around the cutouts. The use of a "smeared-stress" approach is presented as a potential means of simplifying certain FRP specific complexities, while still enabling prediction of overall failure.
Composite skew plates are aesthetically appealing light weight structural units finding wide applications in floors and roofs of commercial buildings. Although bending and vibration characteristics of these units have received attention from researchers but the domain of first and progressive failure has not been explored. Confident use of these plates necessitates comprehensive understanding of their failure behavior. With this objective, the present paper uses an eight noded isoparametric finite element together with von-Kármán's approach of nonlinear strains to study first ply and progressive failure up to ultimate damage of skew plates being subjected to uniform surface pressure. Parameters like skew angles, laminations and boundary conditions are varied and the results are practically analyzed. The novelty of the paper lies in the fact that the stiffness matrix of the damaged plate is calculated by considering material degradation locally only at failed points at each stage of first and progressive failure and as a result, the present outputs are so close to experimental findings. Interpretation of results from practical angles and proposing the relative performances of the different plate combinations in terms of ranks will be of much help to practicing engineers in selecting the best suited plate option among many combinations.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.6
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pp.1-10
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2013
Probabilistic nonlinear first ply failure loads of flat composite panels and nonlinear buckling loads of curved composite panels with cutouts are estimated to provide the more reliable main load carrying structure in the renewable energy industry and offshore structures. The response surface method approximates limit state surface to a second order polynomial form of random variables with the results of deterministic finite element analyses at given sampling design points. Furthermore, the iterative linear interpolation scheme is used to obtain a more accurate approximation of the limit state surface near the most probable failure point (MPFP). The advanced first order second moment method and the Monte Carlo method are performed on an approximated limit state surface to evaluate the probability of failure. Finally, the sensitivity of the reliability index with respect to transformed random variables is investigated to figure out the main random variables that have an effect on failures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.3
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pp.281-288
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2016
The ballistic performance data of composite materials is distributed due to material inhomogeneity. In this paper, the uncertainty in residual velocity is obtained experimentally, and a method of predicting it is established numerically for the high-speed impact of a bullet into laminated composites. First, the failure strain distribution was obtained by conducting a tensile test using 10 specimens. Next, a ballistic impact test was carried out for the impact of a fragment-simulating projectile (FSP) bullet with 4ply ([0/90]s) and 8ply ([0/90/0/90]s) glass fiber reinforced plastic (GFRP) plates. Eighteen shots were made at the same impact velocity and the residual velocities were obtained. Finally, simulations were conducted to predict the residual velocities by using the failure strain distributions that were obtained from the tensile test. For this simulation, two impact velocities were chosen at 411.7m/s (4ply) and 592.5m/s (8ply). The simulation results show that the predicted residual velocities are in close agreement with test results. Additionally, the modeling of a composite plate with layered solid elements requires less calculation time than modeling with solid elements.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.19
no.5
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pp.78-83
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2015
In the composite case, the first ply failure is considered total failure of the case. When the case is constructed by filament winding over a metal liner, the first ply failure does not necessarily mean total failure of the case. In this study, we compared the results through finite element analysis and burst test to predict the burst pressure of the hybrid case (filament-wound composite case with metal liner). Through it predicts the burst pressure of the hybrid case, we can determine the thickness of the metal liner and composite.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.3
no.4
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pp.145-153
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1999
The major objective of this study is to investigate experimentally the shear strengthening effect of carbon fiber sheets upon reinforced concrete deep beam and shear failure behavior variation of reinforced concrete deep beam strengthened by carbon fiber sheets. Tests are carried out with 6 specimens were shear failure at first loading tests, and with parameters including the types of shear strengthening of carbon fiber sheets (I type, S type, U type), and plies of sheets (2 ply and 1 ply). From the results of test, analyzed load-deflection of midspan, strain variation of main bars and transverse reinforcement, maximum load capacity of strengthened specimens, and compared with the previous test results.
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