This paper describes a method for a falling weight impact test to estimate the impact energy absorbing characteristics and impact strength of CFRP laminate plates based on considerations of stress wave propagation theory. The absorbed energy of T300 orthotropic composites is higher than that of quasi-isotropic specimen over impact energy 6.8J, but in case of using T700 fiber, much difference does not show. Also, absorbed energy of T300 orthotropic composites, which are composed of the same stacking number and orientation became more than that of T700 fiber specimen; however there was no big difference in case of quasi-isotropic specimens. The delamination areas of the impacted specimen were measured with the ultrasonic C-scanner to find correlation between impact energy and delamination area. The fracture surfaces were observed by using the SEM (scanning electron microscope) through a low-velocity impact test in order to confirm the fracture mechanism.
For each construction material used, there is certain theoretical limit in sizes. For tall building construction, the reduction in slab weight is the first step to take in order to break such size limits. In this paper, the feasibility of such objective is proven and given by numerical analysis result. For a typical building slab, both concrete and advanced composite sandwich panels are considered. The concrete slab is treated as a special orthotropic plate to obtain more accurate result. For each panel, the deflection under the dead and live loads is compared, since both tensile and compressive strengths of the composites are far more higher than those of concrete. All types of sandwich panels considered, except one case, have self-weights less than one tenth of that of the reinforced concrete slab, with deflections less than that of the reinforced concrete slab.
Since FRP materials have various advantages over steel, many research activities to use them for the civil engineering applications are now in progress. The present paper deals with the local buckling behavior of FRP pultruded members as a first step toward the development of design criteria. In the design of compression members, it is very important to know not only if local buckling occurs or not but also which plate component governs local buckling, but it is not easy to perform this work in a rigorous manner. In the present paper, a simple and accurate equation which can compute the coefficients of buckling of orthotropic plates and local buckling of pultruded compression members is suggested by performing rigorous analysis, energy analysis, and parametric study. The local buckling strength and the plate component governing the local buckling behavior of thin-walled pultruded compression members can be easily determined by using the proposed equation.
We have implemented a system of falling weight impact tester in order to evaluate the impact energy absorbing characteristics and impact strength of CFRP laminate plates. The absorbed energy of T-300 orthotropic composites is higher than that of quasi-isotropic specimen over impact energy 7J, but in case of using T700 fiber, much difference does not show. Also, absorbed energy of T-300 orthotropic composites, which are composed of the same stacking number and orientation became more than that of T700 fiber specimen however there was no big difference in case of quasi-isotropic specimens. Delamination area of impacted specimens was measured with ultrasonic C-scanner to find correlation between impact energy and delamination area. Delamination area and frequency responses were evaluated between impacted and unimpacted specimens. There is a strong correlation between frequency responses and impact-induced delamination. The presence and scale of damages have been investigated based on the variations of frequency responses.
The plywood for concrete form is regarded as a laminate plate composed of orthotropic materials and the flexural analysis is conducted by applying the laminate plate theory, in which the four edges of the plate is assumed to be simply supported and the concentric point lateral load is applied. The results of flexural experiment are compared with the theoretical ones. Theoretically predicted results coincide with experimental ones up to the point of deflection less than 1/4 of plate thickness. In addition, when the plywood is regarded as an isotropic plate for simple analysis, the geometric average of the elastic modulus measured in the direction parallel to the face grain (E11) and perpendicular to the face grain (E22) could be used for the elastic modulus of isotropic plate.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.4
no.1
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pp.1-10
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1984
This dissertation presents an exact solution for the shearing and normal stresses of an orthotropic plane body loaded by a pairtial-uniform shear load. The solution satisfies the equilibrium and compatibility equations concurrently. An Airy stress function is introduced to solve the problem related to an orthotropic half-infinite plane under a partial-uniform shear load. All the equations for orthotropy must be degenerated into the expressions for isotropy when orthotropic constants are replaced by isotropic ones. The author has evaluated all the equations of orthotropy and succeeded in obtaining exactly identical expressions to the equations of isotropy which were derived independently by means of L'hospital's rule. The analytical results of, isotropy ate compared with the simple results of other investigator. Since a concentrated shear load is a particular case of partial-uniform shear load, all the equations of partial-uniform shear load case are degenerated into the expressions for concentrated load case of isotropy and orthotropy. The formal solution is expressed in terms of closed form. The numerical results for orthotropy are evaluated for two kinds and two different orientations of the grain of wood. The type of wood considered are three-layered plywood and laminated delta wood. The distribution of normal and shearing stresses are shown in figures. It is noted that the distribution of stresses of orthctropic materials dependson the type of materials and orientations of the grain.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.12
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pp.2226-2240
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1992
This paper studies the applicability of the method of caustics into anisotropic materials under mode I and mixed static loading conditions and introduces the procedure to obtain stress intensity factors(S.I.F.) in anisotropic materials by the method of caustics. The mapping equations for initial and caustic curves in anisotropic materials were introduced and their computer graphical images were compared to the experimental ones to check the validity of the mapping equations proposed in this paper. The agreement between them was found to satisfactory. Two kinds of method to determine S.I.F. in anisotropic materials by the method of caustics were proposed in this paper and applied into the orthotropic materials under various loading conditions. In the case of mode I loading condition, the S.I.F.'s obtained by this paper's methods were found to be quite similar to the results by other method, boundary element method(B.E.M) and in the case of mixed loading condtion, the S.I.F's by this paper and B.E.M. showed a little differences(2.2-24.4%) with respect to the slanted angle of crack.
The application of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites for rehabilitation of steel structures has become vital in recent years. This paper presents an experimental program and a finite element (FE) modelling approach to study the effectiveness of CFRP patch for repair of notch damaged circular hollow sectional (CHS) steel beams. The proposed modeling approach is unique because it takes into account the orthotropic behavior and stacking sequence of composite materials. Parametric study was conducted to investigate the effect of initial damage (i.e., notch depth) on flexural performance of the notched beams and effectiveness of the repair system using the validated FE models. Results demonstrated the ability of CFRP patch to repair notched CHS steel beams, restoring them to their original flexural stiffness and strength. The effect of composite patch repair technique on post-elastic stiffness was more pronounced compared to the elastic stiffness. Composite patch repair becomes more effective when the level of initial damage of beam increases.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.11
s.254
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pp.1384-1391
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2006
The problem of an infinite anisotropic material with a crack inclined with respect to the principal material axes is analyzed. The material is subjected to uniform biaxial load along its boundary. It is assumed that the material is homogeneous, but anisotropic. By considering the effect of the horizontal load, the distribution of stresses at the crack tip is analyzed. The problem of predicting critical stress in anisotropic solids which is a subject of considerable practical importance is examined and the effect of load biaxiality is made explicitly. The present results based on the normal stress ratio theory show significant effects of biaxial load, crack inclination angle and fiber orientation on the critical stress. The analysis is performed for a wide range of the crack angles and biaxial loads.
This paper describes a method for a falling weight impact test to estimate the impact energy absorbing characteristics and impact strength of CFRP (Carbon-fiber reinforced plastics) laminate plates based on considerations of stress wave propagation theory, which were converted to measurements of load and displacement verses time. The delamination area of impacted specimens for the different ply orientations was measured with an ultrasonic C-scanner to determine the correlation between impact energy and delamination area. The energy absorbed by a quasi-isotropic specimen having four interfaces was higher than that of orthotropic laminates with two interfaces. The more interfaces, the greater the energy absorbed. The absorbed energy of a hybrid specimen embedding GFRP (Glass-fiber reinforced plastics) layer was higher than that of normal specimens. Also, a falling weight impact tester was built to evaluate the characteristics and impact strength of CFRPs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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