Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.26
no.3
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pp.21-28
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1989
The optimun laminated composition of the stiffened composite plates is studied from the view point of buckling strength. The finite element method is applied to the buckling analysis of the composite plates taking into account the effect of shear deformation through the plate thickness. The stiffened plate model is discretized using plate thickness and symmetrically stacked. Parametric study is carried out for the selection of the optimum laminate structure; optimum fiber angle sequence through the thickness. Laminate structure of $[-45^{\circ}/45^{\circ}/90^{\circ}/0^{\circ}]$, is found to give the best buckling strength. For the case of that layer number is more than eight, best result is obtained when layers of the same fiber angle are put together, leaving the laminate has the same fiber angle sequence as a whole.
In this paper, the fracture strength of the surface damaged laminates was predicted by applying the fracture strengths of the unflawed and flawed laminates. For prediction, the theoretical equation about the fracture strength of laminates was simplified applying classical laminate theory and was applied to the surface damaged laminates. Lagace's and Tsai's experimental data were used for verifying the theoretical equation. Moreover, to verify the theoretical prediction, an experiment was performed. Surface unflawed laminate and flawed laminates were fabricated and the experiments were made and these results were compared with theoretical predictions. The specimens' fiber direction was same to the tensile direction and the theoretical predictions and the experimental results were showed good agreement. Therefore, by this equation, the fracture strength of structures made of composites will be able to be predicted when the surface of the structures was damaged.
The delamination is a special mode of failure occurring in composite laminates. Several numerical studies with finite element analysis have been carried out on the delamination behavior of unidirectional composite laminates. On the other hand, the fracture for the multi-directional composite laminates may occur not only along the resin-fiber interface between plies known as interply or interlaminar fracture but also within a ply known as interyarn or intralaminar fracture accompanied by matrix cracking and fiber bridging. In addition, interlaminar and intralaminar cracks appear at irregular proportions and intralaminar cracks proceeded at arbitrary angle. The probabilistic analysis method for the prediction of crack growth behavior within a layer is more advantageous than the deterministic analysis method. In this paper, we analyze the crack path when the mode I load is applied to the cross-ply carbon/epoxy composite laminates and collect and analyze the probability data to be used as the basis of the probabilistic analysis in the future. Two criteria for the theoretical analysis of the crack growth direction were proposed by analyzing the stress field at the crack tip of orthotropic materials. Using the proposed method, the crack growth directions of the cross-ply carbon/epoxy laminates were analyzed qualitatively and quantitatively and compared with experimental results.
The purpose of this paper is to analyze affecting ratios of strength safety in carbon fiber layer thickness of a composite fuel tank for FEV vehicles. To investigate affecting ratios by FEM modeling, the equivalent von Mises stress has been computed on the aluminum liner and carbon fiber layers of composite fuel tanks in hoop and helical directions respectively. According to the FEM results, the affecting ratios of an aluminum liner on the equivalent stress are 77.5% in hoop direction, 18.11% in $70^{\circ}C$ winded helical direction and 4.39% in $12^{\circ}C$ winded helical direction. These trends on the strength safety of carbon fiber layers have been shown as those of an aluminum liner even though the layer thickness ratio of $12^{\circ}C$ inclined carbon fiber is very high of 42% compared with that of hoop layer thickness. Thus, the computed results show that the strength safety of a carbon fiber fuel tank is more influenced by the winding angle rather than the fiber thickness of carbon fiber layers.
Park, Hee-Man;Lee, Gyu-Bin;Kim, Jin-san;Seon, Chae-Rim;Yoon, Minho
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.3
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pp.191-196
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2022
In this study, the anisotropic mechanical property of fused deposition modeling three-dimensional (3D) printing based on lamination direction was verified by a tensile test. Moreover, the property was applied to solid isotropic materials with penalization-based topology optimization. The case of the lower control arm, one of the automotive suspension components, was considered as a benchmark problem. The optimal topological results varied depending on the external load and anisotropic property. Based on these results, two test specimens were fabricated by varying the lamination direction of 3D printing; a tensile test utilizing 3D non-contact strain gauge was also conducted. The measured strain was compared with that obtained by computer-aided engineering response analysis. Quantitatively, the measurement and analysis results are found to have good agreement. The effectiveness of topology optimization considering the lamination direction of 3D printing was confirmed by the experimental result.
This study was conducted to determine the adhesive performances of plywoods affected by layering direction and the amounts of thermoplastic films. The face and back layers of veneer were hardwood species (Mixed light hardwood) and core layer veneer was radiata pine (Pinus radiata D. Don). Thermoplastic film used as adhesive were polypropylene (PP) film and polyethylene (PE) film. Thermal analysis and tensile strength were investigated on each films. As a result, the melting temperature of PP and PE films were $163.4^{\circ}C$ and $109.7^{\circ}C$, respectively, and the crystallization temperature were $98.9^{\circ}C$ and $93.6^{\circ}C$, respectively. Tensile strength and elongation of each films appeared higher on the width direction than length direction. Considering the characteristics of the thermoplastic films, the test for the amount of film used was carried out by layering film to the target thickness on veneer. The effecting of layering direction of film on plywood manufacturing was conducted by laminating in the length and width directions of the film according to the grain direction of veneer. Tensile-shear strength of plywood in wet condition was satisfied with the quality standard (0.7 MPa) of KS F 3101 when the film was used over 0.05 mm of PP film and over 0.10 mm of PE film. Tensile-shear strength of plywood after cyclic boiling exceeded the KS standard when PP film was used 0.20 mm thickness. Furthermore, higher bonding strength was observed on a plywood made with width direction of film according to grain direction of veneer than that of length direction of film. Based on microscopic analysis of the surface and bonding line of plywood, interlocking between veneers by penetration of a thermoplastic film into inner and cracks were observed.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.5
no.2
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pp.59-64
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2001
The purpose of this work is to investigate the static strength, the stress distribution, and the failure process of quasi-isotropic composite laminates made of two different matrices when loading directions are changed. We carried out static tests of $[0/-60/+60]_s$ and $[+30/-30/90]_s$ laminates. Two types of matrices used are AS4/epoxy and AS4/PEEK. The damage mechanisms of the quasi-isotropic laminate, $[0/-60/+60]_s$, strongly depend on the load direction applied to the laminate.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.2
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pp.189-196
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2009
This paper presents the subparametric finite element model formulated by partial-linear layerwise theory for the analysis of laminate composites. The proposed model is based on refined approximations of two dimensional plane for orthotropic thick laminate plate as well as thin case. Three dimensional problem can be reduced to two dimensional case by assuming piecewise linear variation of in-plane displacement and a constant value of out-of-plane displacement across the thickness. The integrals of Legendre polynomials are chosen to define displacement fields and Gauss-Lobatto numerical integration is implemented in order to directly obtain maximum values occurred at the nodal points of each layer without other extrapolation techniques. The validity and characteristics of the proposed model have been tested by using orthotropic multilayered plate problem as compared to the values available in the published references. In this study, the convergence test has been carried out to determine the optimal layer model in terms of central deflection and stresses. Also, the distribution of displacements and stresses across the thickness has been investigated as the number of layer is increased.
In this paper the analysis of laminate composite folded plates with arbitrary angle connection like box girder is studied by finite strip method Total stiffness of laminated plate is obtained by integration of the stiffness in each layer or lamina through laminate thickness and total stiffness in each layer or lamina through laminate thickness and total tiffness matrix is obtained by substitutionto equilibrium equation derived from the minimum total potential energy theorem. The assumed displacement functions for a finite strip method in plate or box girder analysis are combinations of one-way polynomial functions in the transverse direction and harmonic functions in the span-wise direction. Finite strip method with the merits of the simplification in modeling and the reduction of analytical time is accurate in the analysis of laminate composite folded plates shaped like box firders.
이 글에서는 복합적층판의 역학적 특성인 층간분리, 모재균열, 초기파손 후의 거동에 대한 문헌을 간단히 서술하고 그 특성을 살펴 보았다. 이상에서 살펴본 바와 같이 이방성인 층으로 구성된 복합적층 구조의 역학적 특성은 균질인 단일구조와 달리 각층의 재료상수가 달라층과 층 사이의 층간응력이 존재하여 층간분리현상이 발생하지 않도록 섬유방향뿐만 아니라 적층순서를 중요한 설계변수로 고려하여야 한다. 또한 모재균열로 인한 기계적 거동의 변화를 이해하고 초기파손 후의 손상을 고려한 해석을 수행하여 복합적층 구조의 응력해석 및 파손, 강도예측을 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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