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.
Singh, Balvir;Chidambaram, R. Siva;Sharma, Shruti;Kwatra, Naveen
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.5
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pp.557-566
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2017
Fiber reinforced polymer (FRP) sheets are the most efficient structural materials in terms of strength to weight ratio and its application in strengthening and retrofitting of a structure or structural elements are inevitable. The performance enhancement of structural elements without increasing the cross sectional area and flexible nature are the major advantages of FRP in retrofitting/strengthening work. This research article presents a detailed study on the inelastic response of conventional and retrofitted Reinforced Concrete (RC) frames using Carbon Fibre Reinforced Polymers (CFRP) and Glass Fiber Reinforced Polymers (GFRP) subjected to quasi-static loading. The hysteretic behaviour, stiffness degradation, energy dissipation and damage index are the parameters employed to analyse the efficacy of FRP strengthening of brick in-filled RC frames. Repair and retrofitting of brick infilled RC frame shows an improved load carrying and damage tolerance capacity than control frame.
Properties of AFS vary with the changes in the face-sheet materials. Hence, the performance of AFS can be optimized by selecting face-sheet materials. In this work, three types of face-sheet materials representing elastic-perfectly plastic, elastic-plastic strain hardening and purely elastic materials were employed to study their effects on the flexural behavior and failure mechanism of AFS systematically. Result showed face-sheet materials affected the failure mechanism and energy absorption ability of AFS significantly. When the foam cores were sandwiched by aluminum alloy 6061, the AFS failed by face-sheet yielding and crack without collapse of the foam core, there was no clear plastic platform in the Load-Displacement curve. When the foam cores were sandwiched by stainless steel 304 and carbon fiber fabric, there were no face-sheet crack and the sandwich structure failed by core shear and collapse, plastic platform appeared. Energy absorption abilities of steel and carbon fiber reinforced AFS were much higher than aluminum alloy reinforced one. Carbon fiber was suggested as the best choice for AFS for its light weight and high performance. The versus strength ratio of face sheet to core was suggested to be a significant value for AFS structure design which may determine the failure mechanism of a certain AFS structure.
The moisture absorption behavior of carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) and its effect on dimensional stability were examined. Moisture diffusivity in CFRP was determined by measuring a specimen's weight during the moisture absorption test. Three types of CFRP specimens were prepared: a unidirectionally reinforced laminate, a quasi-isotropic laminate and woven fabric. Each CFRP was processed into two geometries - a thin plate for determination of diffusivity and a rod with a square cross-section for the discussion of two-dimensional diffusion behavior. By solving Fick's law expanded to 3 dimensions, the diffusivities in the three orthogonal directions were obtained and analyzed in terms of the anisotropy of CFRP moisture diffusion. Coefficients of moisture expansion (CMEs) were also obtained from specimen deformation caused by moisture absorption. During moisture absorption, the specimen surfaces showed larger deformation near the edges due to the distribution of moisture contents. This deformation was reasonably predicted by the finite element analysis using experimentally determined diffusivities and CMEs. For unidirectional CFRP, the effect of the fiber alignment on CME was analyzed by micromechanical finite element analysis (FEA) and discussed.
The evaluation and prediction for the absorbed energy, residual velocity, and impact damage are the key things to characterize the impact behavior of composite laminated panel subjected to high-velocity impact. In this paper, the method to predict the residual velocity and the absorbed energy of Carbon/Epoxy laminated panel subjected to high velocity impact are proposed and examined by using quasi-static perforation test and high-velocity impact test. Total absorbed energy of specimen due to the high-velocity impact can be grouped with static energy and kinetic energy. The static energy are consisted of energy due to the failure of the fiber and matrix and static elastic energy, which are related to the quasi-static perforation energy. The kinetic energy are consisted of kinetic energy of moving part of specimen, which are modelled by three modified kinetic model. The high-velocity impact test were conducted by using air gun impact facility and compared with the predicted values. The damage area of specimen were examined by C-scan image. In the high initial impact velocity above the ballistic limit, both the static energy and the kinetic energy are known to be the major contribution of the total absorbed energy.
High-cycle fatigue characteristics of quasi-isotropic carbon fiber reinforced plastic (CFRP) laminates [-45/0/45/90]s up to $10^8$ cycles were investigated. To assess the fatigue behavior in the high-cycle region, fatigue tests were conducted at a frequency of 100 Hz, since it is difficult to investigate the fatigue characteristics in high-cycle at 5 Hz. Then, the damage behavior of the specimen was observed with a microscope, soft X-ray photography and a 3D ultrasonic inspection system. In this study, to evaluate quantitative characteristics of both transverse crack propagation and delamination growth in the high-cycle region, the energy release rate associated with damage growth in the width direction was calculated. Transverse crack propagation and delamination growth in the width direction were evaluated based on a modified Paris law approach. The results revealed that transverse crack propagation delayed under the test conditions of less than ${\sigma}_{max}/{\sigma}_b$ = 0.3 of the applied stress level.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.12
no.4
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pp.43-49
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2003
This research work has been carried out for finding J-integral in mode II of CFRP(carbon fiber reinforced plastics) laminate plates based on the classical bar theory in dynamic conditions with consideration of the effect of inertia forces, eventually to lead to finding the dynamic inter-layer fracture toughness. Dynamic inter-layer fracture toughness was found by a self-made ENF(End Notched Flexure) experimental apparatus using Split Hopkinson's Bar(SHPB), and also observed the variation of the fracture toughness haying different resin contents and fiber arrangements of CFRP specimen([$0_3^{\circ}/90_3^{\circ}/0_6^{\circ}/90_3^{\circ}/0_3^{\circ}$], [$0_{20}^{\circ}$], [$0_5^{\circ}/90_{10}^{\circ}/0_5^{\circ}$]). As an experimental result, in either cases of quasi-static or dynamic load condition, the critical load and the inter-layer fracture toughness increased sharply depending on the increase of resin contents. Therefore, it could, be concluded that the effect by resin contents is the major factor determining the inter-layer fracture toughness in the CFRP laminate plates.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.4
no.4
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pp.147-155
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1996
The purpose of present paper is to estimate the static and fatigue bending strengths of CFRP(carbon fiber reinforced plastic) laminates having impact damage(FOD). The specimens which are formed with the different stacking composition, EPOXY and PEEK matirx and orthotropic and quasi-isotropic laminated plates, are prepared for this experiment. A steel ball is impacted on CFRP laminates, generating impact damages, and the three-point fatigue bending test is carried out by using the impacted laminates to investigate the influence of the stackin composition on the fatigue strength of CFRP laminates.
In this paper, we conducted high velocity impact test for Carbon/Epoxy composite laminates and proposed advanced method for predicting the absorbed energy of composite laminates. During high-velocity impact test, we discovered loss of projectile mass macroscopically using high speed camera, thus we calculated the absorbed energy of composite laminates by taking loss of projectile mass into account. We proposed a model for predicting the absorbed energy of composite laminates subjected to high-velocity impact, the absorbed energy was classified into static energy and dynamic energy. The static energy was calculated by the quasi-static perforation equation that is related to the fiber breakage and static elastic energy. The dynamic energy can be divided by the kinetic energy of deformed specimen and fragment mass. Finally, the predicted absorbed energy considering loss of projectile mass was compared with experimental results.
In this study, a new retrofitting method for improving the seismic performance of reinforced concrete column was presented, in which prestressed steel strips were utilized as retrofitting stuff to confine the reinforced concrete column transversely. In order to figure out the seismic performance of concrete column specimen retrofitted by such prestressed steel strips methods, a series of quasi-static tests of five retrofitted specimens and two unconfined column specimen which acted as control specimens were conducted. Based on the test results, the seismic performance including the failure modes, hysteresis performance, ductility performance, energy dissipation and stiffness degradation of all these specimens were fully investigated and analyzed. And furthermore the influences of some key parameters such as the axial force ratios, shear span ratios and steel strips spacing on seismic performance of those retrofitted reinforced concrete column specimens were also studied. It was shown that the prestressed steel strips provided large transverse confining effect on reinforced concrete column specimens, which resulted in improving the shearing bearing capacity, ductility performance, deformation capacity and energy dissipation performance of retrofitted specimens effectively. In comparison to the specimen which was retrofitted by the carbon fiber reinforced plastics (CFRP) strips method, the seismic performance of the specimens retrofitted by the prestressed steel strips was a bit better, and with much less cost both in material and labor. From this research results, it can be concluded that this new retrofitting method is really useful and has significant advantages both in saving money and time over some other retrofitting methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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