• Structural Engineering and Mechanics
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• 제1권1호
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• pp.87-102
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• 1993

A $C^{\circ}$ continuous finite element formulation of a higher order displacement theory is presented for predicting linear and geometrically non-linear in the sense of von Karman transient responses of composite and sandwich plates. The displacement model accounts for non-linear cubic variation of tangential displacement components through the thickness of the laminate and the theory requires no shear correction coefficients. In the time domain, the explicit central difference integrator is used in conjunction with the special mass matrix diagonalization scheme which conserves the total mass of the element and included effects due to rotary inertia terms. The parametric effects of the time step, finite element mesh, lamination scheme and orthotropy on the linear and geometrically non-linear responses are investigated. Numerical results for central transverse deflection, stresses and stress resultants are presented for square/rectangular composite and sandwich plates under various boundary conditions and loadings and these are compared with the results from other sources. Some new results are also tabulated for future reference.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제10권4호
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• pp.337-357
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• 2000

Analytical formulations and solutions for the first time, to the stability analysis of a simply supported composite and sandwich plates based on a higher order refined theory, developed by the first author and already reported in the literature are presented. The theoretical model presented herein incorporates laminate deformations which account for the effects of transverse shear deformation, transverse normal strain/stress and a nonlinear variation of inplane displacements with respect to the thickness coordinate - thus modelling the warping of transverse cross sections more accurately and eliminating the need for shear correction coefficients. The equations of equilibrium are obtained using the Principle of Minimum Potential Energy (PMPE). The comparison of the results using this higher order refined theory with the available elasticity solutions and the results computed independently using the first order and the other higher order theories developed by other investigators and available in the literature shows that this refined theory predicts the critical buckling load more accurately than all other theories considered in this paper. New results for sandwich laminates are also presented which may serve as a benchmark for future investigations.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2002년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.17-24
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• 2002

인발성형 적층 FRP 복합소재의 재료상수는 일반적으로 시편실험을 통해 구해지고 있으나, 본 논문에서는, 실험에서 구한 탄성계수가 부재일 경우를 위해, Micromechanics와 Classical Laminate Theory (CLT)를 이용한 적층 FRP 복합재료의 탄성계수(E/sub L/과 E/sup b//sub L/) 예측모델을 제시하였다 또한 예측모델로부터 구한 값과 실험으로부터 얻은 실측값을 비교하여 그 적정성을 검증하였고, 예측모델의 민감도 및 확률적인 특성을 구성소재 (Constituents)의 재료특성에 근거해 평가하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권1호
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• pp.21-29
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• 2017

복합재료 적층판 기계적 체결부(ASTM D5961 Proc. A, B)에 대하여 치구 설계에서 시험 결과의 해석까지 전체 과정을 제시하였다. 복합재료 적층판 기계적 체결부를 유한요소법을 사용하여 분석하였으며 시험 결과와 비교하였다. 시험편의 파손 거동을 분석하기 위해 점진적 파손해석 방법을 유한요소법에 적용하였다. 시험 파손 하중을 예측하기 위해 3가지 파손이론(최대 응력, 최대 변형률, Tsai-Wu)을 FEM에 적용하였다. 기계적 체결부의 일반적인 변수들을 검토하였으며 주요 변수에 대하여 베어링 강도 차이를 비교하였다.

• Composites Research
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• 제14권3호
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• pp.42-50
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• 2001

본 연구에서는 집중하중을 받는 일방향 보강 섬유 금속 적층판의 손상 개시 모델을 연구하였다. 기존의 복합재료 적층판의 해석에 사용하는 일타 전단변형이론을 수정하여 섬유 금속 적층판의 하중 변위 관계를 구하였고, 유한 요소 해석을 통하여 응력을 계산한 다음 Tsai-Hill failure criterion과 Miser yield criterion을 사용하여 섬유층과 금속판의 파괴 지수를 계산하는 방법으로 섬유 금속 적층판의 손상 개시를 모델링하였다. 단순 인장과 원통형 굽힘 하중에서의 적층 각도에 따른 섬유 금속 적층판의 파괴 지수 분포를 통하여 해석의 타당성을 검증하였으며, 이를 바탕으로 집중하중을 받는 경우 섬유 방향에 따른 파괴 지수를 계산하였다. 계산된 파괴 지수를 손상 개시 하중과 비교하기 위하여 압입 시험을 수행하였다. 압입 시험은 섬유 방향의 영향을 보기 위하여 양단 고정인 경계 조건에서 수행하였다. 손상 개시 하중은 압입 선도의 앞 부분을 Hertz식을 이용하여 회귀 분석한 곡선이 실제 하중 곡선과 달라지는 점으로부터 결정하였다. 다양한 섬유 방향에 따른 압입 시험을 수행하였으며 각각의 손상 개시 하중을 파괴 지수와 비교하였다.

• 한국정밀공학회지
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• 제30권7호
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• pp.769-776
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• 2013

The dynamic compliance characteristics of a prosthetic foot midgait are very important for natural performance in an amputee's gait and should be in a range that provides natural, stable walking. In this study, finite element analysis (FEA) and classical laminate theory were used to examine the mechanical characteristics of a carbon-epoxy composite laminate prosthetic foot as a function of variation in the lamination composition. From this analysis, an FEM model of a prosthetic keel, made from the composite material, was developed. The lamination composition of the keel was designed for improved stiffness. The prototype product was fabricated using an autoclave. Vertical loading response tests were performed to verify the simulation model. The results of the experiments were similar to those from simulations below the loading level of the gait, suggesting use of the proposed simulation model for prosthetic keel design.

• Advanced Composite Materials
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• 제17권1호
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• pp.57-73
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• 2008

The present paper focuses on experimental verification of the ply-by-ply basis inelastic analysis of multidirectional laminates. First of all, rate dependence of the tensile behavior of balanced symmetric cross-ply T800H/epoxy laminates with a $[0/90]_{3S}$ lay-up under off-axis loading conditions at $100^{\circ}C$ is examined. Uniaxial tension tests are performed on plain coupon specimens with various fiber orientations $[{\theta}/(90-{\theta})]_{3S}$ ($\theta$ = 0, 5, 15, 45 and $90^{\circ}C$) at two different strain rates (1.0 and 0.01%/min). The off-axis stress.strain curves exhibit marked nonlinearity for all the off-axis fiber orientations except for the on-axis fiber orientations $\theta$ = 0 and $90^{\circ}$, regardless of the strain rates. Strain rate has significant influences not only on the off-axis flow stress in the regime of nonlinear response but also on the apparent off-axis elastic modulus in the regime of initial linear response. A macromechanical constitutive model based on a ply viscoplasticity model and the classical laminated plate theory is applied to predictions of the rate-dependent off-axis nonlinear behavior of the cross-ply CFRP laminate. The material constants involved by the ply viscoplasticity model are identified on the basis of the experimental results on the unidirectional laminate of the same carbon/epoxy system. It is demonstrated that good agreements between the predicted and observed results are obtained by taking account of the fiber rotation induced by deformation as well as the rate dependence of the initial Young's moduli.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제72권2호
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• pp.203-216
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• 2019

Reliability analysis of composite structures considering random variation of involved parameters is quite important as composite materials revealed large statistical variations in their mechanical properties. The reliability analysis of such structures by the first order reliability method (FORM) and Monte Carlo Simulation (MCS) based approach involves repetitive evaluations of performance function. The response surface method (RSM) based metamodeling technique has emerged as an effective solution to such problems. In the application of metamodeling for uncertainty quantification and reliability analysis of composite structures; the finite element model is usually formulated by either classical laminate theory or first order shear deformation theory. But such theories show significant error in calculating the structural responses of composite structures. The present study attempted to apply the RSM based MCS for reliability analysis of composite shell structures where the surrogate model is constructed using higher order shear deformation theory (HSDT) of composite structures considering the uncertainties in the material properties, load, ply thickness and radius of curvature of the shell structure. The sensitivity of responses of the shell is also obtained by RSM and finite element method based direct approach to elucidate the advantages of RSM for response sensitivity analysis. The reliability results obtained by the proposed RSM based MCS and FORM are compared with the accurate reliability analysis results obtained by the direct MCS by considering two numerical examples.

• Composites Research
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• 제14권1호
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• pp.8-14
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• 2001

복합재 적층판의 자유단 층간분리의 모드별 변형률 에너지 해방률을 구하는 간이 계산법을 제안하였다. 층간응력은 층간에서의 평형식으로부터 층간의멘트와 층간전단력으로 평가하였다. 적층판 자유단 층간분리의 변형은 일반화된 준3차원 고전적층이론에 의하여 계산하였다. 이 간이 계산법은 변형균 에너지 해방률의 세성분을 구하는 간편한 식으로 나타내었다 복합재 적층판이 일축인장을 받는 경우에 대하여 적층판 중앙면에 대칭과 비대칭인 층간분리가 발생한 경우에 대하여 해석을 행하였다. 해석결과는 가상분리진전법에 의한 유한요소해석결과와 잘 일치하였다.

• Composites Research
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• 제12권6호
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• pp.1-7
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• 1999

본 논문은 탄소/에폭시 적층판의 온도변화에 대한 열팽창계수 변화를 예측하고 실험적으로 검증한 것으로 재료의 주축 방향에 대한 기계적 탄성 특성과 열팽창계수를 상온에서 경화온도 범위까지 측정하였으며 온도 함수로 특성화 하였다. 온도 함수로 특성화된 물성을 고전 적층판 이론에 적용함으로써 온도 변화에 대해 일반 적층각 적층판 복합재료의 열팽창계수를 예측할 수 있는 해석적 모델을 제시하였다. 이를 증명하기 위해서 일반 적층각 적층판의 열팽창계수를 측정하였으며 이를 해석적 모델로 계산된 예측치와 비교하였다. 실험적 검증 결과 온도 변화에 대한 일반 적층판의 열팽창계수의 변화가 제시된 해석적인 계산 방법을 사용함으로써 적절하게 예측될수 있음을 볼수 있다.