This paper describes the results of experiments to analyze the free vibration of the laminated composite and hybrid composite plates with various shapes and boundary conditions. The materials of specimens were the carbon fiber reinforced plastic (CFRP), the glass fiber reinforced plastic (GFRP), the GFRP-Aluminum hybrid composite and the CFRP-CFRP hybrid composite. The natural frequencies and nodal patterns of plates with various shapes were experimentally obtained by impact exciting test using an impact hammer and an accelerometer. The experimental results were presented with normalized frequency parameters. The effects of composite material properties, fiber orientation angles, various geometrical shapes and boundary conditions on the vibration characteristics of composite plates were evaluated. To compare and verify these experimental results, the finite element analysis was carried out, and was well agreed with experimental results.
The mechanical properties of composite materials may severely degrade in the presence of damage. Especially, the high-velocity impact such as bird strike, a hailstorm, and a small piece of tire or stone during high taxing, can cause considerable damage to the structures and sub-system in spite of a very small mass. However, it is not easy to detect the damage in composite plates using a single technique or any conventional methods. In this paper, the PVDF(polyvinylidene fluoride) film sensors were used for monitoring high-velocity impact damage initiation and propagation in composite laminates. The WT(wavelet transform) and STFT(short time Fourier transform) are used to decompose the sensor signals. A ultrasonic C-scan and a digital microscope are also used to examine the extent of the damage in each case. This research shows how various sensing techniques, PVDF sensor in particular, can be used to characterize high-velocity impact damage in advanced composite.
Park, Kook-Jin;Kang, Hee-Jin;Shin, Sangjoon;Choi, Ik-Hyun;Kim, Minki;Kim, Seung-Jo
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.42
no.11
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pp.927-936
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2014
This paper presents development and verification of the progressive failure analysis upon the composite laminates. Strength and stiffness of the fiber-reinforced composite are analyzed by property degradation approach with emphasis on the material nonlinearity and continuum damage mechanics (CDM). Longitudinal and transverse tensile modes derived from Hashin's failure criterion are used to predict the thresholds for damage initiation and growth. The modified Newton-Raphson iterative procedure is implemented for determining nonlinear elastic and viscoelastic constitutive relations. Laminar properties of the composite are obtained by experiments. Prediction on the un-notched tensile (UNT) specimen is performed under the laminate level. Stress-strain curves and strength results are compared with the experimental measurement. It is concluded that the present nonlinear CDM approach is capable of predicting the strength and stiffness more accurately than the corresponding linear CDM one does.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.4
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pp.461-466
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2013
Advanced fiber-reinforced laminated composites are widely used in various fields of engineering to reduce weight. The material property of each ply is well known; specifically, it is known that ply is less reliable than metallic materials and very sensitive to the loading direction. Therefore, it is important to consider this uncertainty in the design of laminated composites. In this study, reliability analysis is conducted using COMSOL and MATLAB interactions for a laminated composite plate for the case in which the tip deflection is the design requirement and the material property is a random variable. Furthermore, the efficiency and accuracy of the approximation method is identified, and a probabilistic sensitivity analysis is conducted. As a result, we can prove the applicability of the advanced design method for the stabilizer of an underwater vehicle.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.11
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pp.1100-1107
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2007
In this study, a method to characterize material properties of adhesive that is used in a layered plates bonding process is developed by combined evaluation of experiment, simulation and optimization technique. A small bonded specimens of rectangular plate are prepared to this end, and put into a thermal loading conditions. $Moir{\acute{e}}$ interferomety is used to measure submicron displacements occurred during the process. The elevated temperature is chosen as control factors. FE analysis with constant values for the adhesive materials is also carried out to simulate the experiment. Significant differences are observed from the two results, in which the simulation predicts the monotonic increase of the bending displacement whereas the measurement shows decrease of the displacement at above $75^{\circ}C$. In order to minimize the difference of the two, material parameters of the adhesive at a number of different temperatures are posed as unknowns to be determined, and optimization is conducted. As a result, optimum material parameters are found that excellently matches the simulation and experiment, which are decreased with respect to the temperature.
In this study, when the carbon fiber composite was manufactured, the correlation between the porosity and mechanical properties according to the number of glass fiber felts laminated together and the stacking sequence was confirmed. The carbon fiber composite was manufactured by stacking glass fiber felts, which are highly permeable materials, and using vacuum assisted resin transfer molding (VARTM). Porosity was measured by photographing the cross-section of the specimen with an optical microscope and then using porosity calculation code of MATLAB, and mechanical properties were measured for tensile strength, modulus by tensile test. Furthermore, Pearson correlation coefficient between porosity and mechanical properties was calculated to confirm the correlation between two variables. As a result, the number of glass fiber felt increased and the distance from the center of laminated composites increased, the porosity increasing were confirmed. In addition, tensile strength/modulus showed a weak positive correlation with porosity. Also, in order to confirm the effect of only porosity on tensile strength and modulus, mechanical properties calculated by CLPT (Classical Laminate Plate Theory) and experimental values were compared, and the difference in tensile strength showed a strong positive correlation with porosity and the difference in modulus showed a weak positive correlation with porosity.
The Fiber/Metal Laminates (FMLs) have been developed as a new composite material for aerospace application to reduce weight and improve damage tolerance. In this study, firstly FMLs were manufactured and the tensile test was performed to investigate the mechanical properties of FMLs. Furthermore, impact behavior of the low velocity on FMLs which consisted of different types of aluminum or fiber/epoxy layers was tested by the drop weight impact tester based on the different impact energy conditions. The load-time and energy-time curves were employed to evaluate the impact performance of different specimens. Moreover, finite element analysis (FEA) was also performed to simulate the tensile test and impact behavior of FMLs under the same conditions with the tests and good agreements have been obtained between the FEA predictions and experimental results.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.1
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pp.34-41
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2003
A Green's function approach is adopted for analyzing the thermoelastic deformation and stress analysis of a plate made of functionally graded materials (FGMs). The solution to the 3-dimensional steady temperature is obtained by using the laminate theory. The fundamental equations for thermoelastic problems are derived in terms of out-plane deformation and in-plane force, separately. The thermoelastic deformation and the stress distributions due to the bending and in-plane forces are analyzed by using a Green’Às function based on the Galerkin method. The eigenfunctions of the Galerkin Green's function for the thermoelastic deformation and the stress distributions are approximated in terms of a series of admissible functions that satisfy the homogeneous boundary conditions of the rectangular plate. Numerical examples are carried out and effects of material properties on thermoelastic behaviors are discussed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.4
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pp.257-263
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2019
Multilayered structures include lamination by relatively thick plies and thin interlayers. For efficient peridynamic analysis of dynamic fracturing multilayered structures, the interlayer is modeled using ghost peridynamic particles while the ply is formulated via real peridynamics. With the nonlocal ghost interlayer, one may keep the discretization resolution low for the ply. In this study, the characteristics of dynamic wave propagation through the nonlocal ghost interlayer in peridynamic analysis are investigated. It is observed that the interlayer not only binds adjacent plies, but also significantly influences energy transfer between plies, and thereby their deformation and motion. In addition, near a surface or boundary, peridynamic particles do not have a full nonlocal neighborhoods. This causes the effective material properties near the surface to be different from those in the bulk. Surface correction based on neighborhood volumes is employed. The impact of surface correction on wave propagation in multilayered structures is investigated.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.9
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pp.938-945
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2012
To design and estimate material failures of Type III pressure vessels, which have excellent stability and performance, various modeling techniques have been introduced. This paper provided a hybrid modeling technique composed of ply-based modeling for a cylinder part and laminate-base modeling technique for a dome part for enhancing modeling efficiency. The ply-based modeling technique provided accurate ply stresses directly for predicting material failure, on the other hand, additional manipulations in stress calculations, which may cause some errors, were needed for the case of the laminate-based modeling technique. The ply stresses in fiber, transverse and in-plane shear directions were compared with the corresponding material strengths to predict material failure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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