This paper deals with predicting comparable mechanical properties of laminated composite plates. The stiffness of an equivalent anisotropic composite plate is derived based on classical lamination theory. A novel failure criterion is defined to describe the failure behaviour of laminated composite plates based on micro-mechanics failure criteria. Finally, the theory's validation of finite element analysis results was verified. We concluded that this theory is very suitable for failure analysis of laminated composite plates for aerospace applications due to their relative simplicity and computational efficiency.
Kim, Seongmin;Kim, Pyunghwa;Doh, Sungchul;Kim, Hyounggun;Park, Jungsun
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.936-938
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2017
In this paper, the progressive failure analysis of a bolted composite joint which is used in combustion tubes of projectiles and weapon systems is performed. Hashin's failure criterion is considered as fiber tensile failure mode, fiber compressive failure mode, matrix tensile failure mode, and matrix compressive failure mode for this analysis. And this criterion is used to make user subroutine, UMAT. Through the progressive failure analysis we predicted failure strength and compared failure strength with specimen test result.
Many tests are required to predict the fatigue life of composite laminates made of various materials and having different layup sequences. Aiming at reducing the number of tests, a methodology was presented in this paper to predict fatigue life of composite laminates based on fatigue life prediction of constituents, i.e. the fiber, matrix and interface, using micromechanics of failure. For matrix, the equivalent stress model which is generally used for isotropic materials was employed to take care of multi-axial fatigue loading. For fiber, a maximum stress model considering only stress along fiber direction was used. The critical plane model was introduced for the interface of the fiber and matrix, but fatigue life prediction was ignored for the interface since the interface fatigue strength was presumed high enough. The modified Goodman equation was utilized to take into account the mean stress effect. To check the validity of the theory, the fatigue life of three different GFRP laminates, UDT[$90^{\circ}2$], BX[${\pm}45^{\circ}$]S and TX[$0^{\circ}/{\pm}45^{\circ}$]S was examined experimentally. The comparison between predictions and test measurements showed good agreement.
A three-dimensional finite analysis method was proposed to predict the failure of composite double-lap bolted joints, which is based on the stiffness degradation method using damage variables and Hashin's three-dimensional failure criteria. Ladeveze's theory using damage variables to consider the matrix/shear damage was combined with stiffness degradation in fiber direction. Four different failure modes were considered including matrix compression/shear, matrix tension/shear, fiber compression, and tension failures. The friction between bolt and composite and the clamping force were considered using a commercial finite element software ABAQUS. The damage model was incorporated using the user-defined subroutine of the software. The predicted result was verified with the existing test result for bearing tension double shear and showed the deviation ranging 7~16% from test results.
The composite joint has become an important research area because the structural efficiency of a structure with a joint is determined by its joints rather than by its basic structure since the joints are often the weakest areas in composite structures. In this paper, the strengths of adhesive joints consisting of metal and composites were predicted and tested by the maximum strain theory and damage zone theory. Nonlinear finite element analyses of adhesive Joints considering the material nonlinearity of the adhesive layer were performed. From the tests and analyses, the strengths of the adhesive joints could be predicted to within 22.2% using the damage zone ratio.
복합재 연소관과 노즐을 기계적 체결방법으로 결합하면 결합부위에서 재료의 불연속성과 기하학적 불연속성으로 인한 높은 응력집중이 발생해 구조적으로 매우 취약하게 됩니다. 복합재 연소관의 경우에는 내압을 받는 원통형 구조물이므로 기존의 평판에 대한 연구결과를 그대로 사용할수 없으므로, 이 글에서는 복합재 셀 구조물의 응력 및 파손 해석을 수행할수 있도록 1차전단변형 셀이론을 이용한 유한요소해석 프로그램을 개발하였습니다. 기계적체결부위의 모델링에 대해 검토하였으며 복합재료의 파손평가에 사용되는 여러가지 파손식을 적용해 비교하였습니다. 이 해석 방법을 이용해 복합재 연소관의 적층각, 볼트직경, 연소관의 끝단까지의 길이 등이 파손하중에 미치는 영향을 제시하였습니다
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.3
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pp.506-513
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1992
본 연구에서는 복합재 구조물에 대하여 유한요소해석법에 현상학적 모델인 전 단지연해석을 도입하여 강성저하와 모재파손을 예측하고 변형률을 매개변수로 한 Wei- bull 함수를 섬유파손해석에 도입하여 초기파손후의 거동을 묘사하고자 한다. 그리 고 면내전단하중이 작용하는 경우에 대해 전단지연해석을 수행할 수 있도록 모델링을 확장했다. 모재균열의 존재로 인한 단층의 강성변화는 실험으로 측정이 불가능하므 로 유한요소해석을 수행하여 비교하였다. 이 모델로부터 전단강성의 저하를 평가하 는 방법을 사용하였으며, 모재파손의 밀도 예측도 평균변형률 개념으로 전단효과를 고 려할 수 있도록 수정하였다. 그리고 초기파손후의 거동을 점진적으로 해석하기 위해 비선형 유한요소프그램을 작성하고, 상기의 모델을 도입하여 초기파손후의 거동을 보 다 정확히 묘사할 수 있는 방법을 제시하고 예로서 평시편에 대해 해석하고 실험치 및 타방법의 결과와 비교하였다.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.2
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pp.111-118
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2010
The joints are often the weakest areas in composite structures. In this paper, the thick aluminum-aluminum joint specimens and thick composite-aluminum single lap adhesive joint specimens were manufactured and the tensile tests were performed. The fracture mode of each specimen was investigated and the modified damage zone theory based on the yield strain was proposed and compared with experimental failure load of each mode. The failure loads of the thick aluminum-aluminum joint and composite-aluminum joint were predicted by the same failure criterion and they could be predicted to within 19.3% using the damage zone ratio method for all 14 cases investigated.
This paper presents the results of theoretical analysis and experimental test to show the size effect on the fiber strength of filament would pressure vessel. First, a series of fully scaled hoop ring tests with filament would carbon-epoxy were conducted, which exhibited a remarkable size effect on the fiber strength. Next, the failure analyses using WWLM(Weibull Weakest Link Model) and the SMFM(Sequential Multi-step Failure Model) were performed and compared to the hoop ring test data, as well as to unidirectional specimens test data from the literature. It was found that the analysis results significantly underestimated the fiber strengths compared to the test data. In this study, a modified SMFM was proposed through the modification of the length size effect. The fiber strengths from modified SMFM analysis showed good agreement with the test data.
This paper addresses the stress analysis and design of composite double lead spiral which is boarded in 20mm universal ammunition drum by finite element method. The spiral system is very important to transfer the ammunition in stable and reliable manners for aircraft. Some verifications are done to check the possibility of composite application in spiral system. The design variables, stacking sequence and fiber orientation angles, are investigated for reliable design for practical design. The Tsai-Wu failure theory is applied to see the safety of the spiral structure. The design result is suggested to manufacture the double lead spiral part.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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