Fiber reinforced composite materials have outstanding specific strength and specific stiffness. So the use of composite materials increases in various kinds of industrial fields including sports goods such as bicycles. Composite materials are used to make structural parts with various kinds of shapes. Specially, rectangular composite tubes are used to make a few of composite bicycle frames, but there has been a few of research on this issue. Rectangular composite tubes are designed to have appropriate radius of curvature and endure bending and torsional loads. In this research, nine kinds of rectangular composite tubes having aspect ratios 1:1, 1:1.5, 1:2 and radius of curvatures R5, R10, R15 were fabricated. The carbon fiber reinforced composite material was used to make tubes having same cross sectional areas. The stacking sequence of tubes is $[0/90/{\pm}45]s$. Experimental evaluation was accomplished to apply bending and torsional load to the tubes. Experimental results show that bending and torsional characteristics depend on radius of curvature and aspect ratio of rectangular composite tubes.
Geunsu Joo;Jin Bum Moon;Si-Hyun Kim;Min-Gyu Kang;Ji-Hoon Kim
Journal of Wind Energy
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v.13
no.3
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pp.53-60
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2022
This paper deals with the structural analysis of wind turbine blades considering the bi-modulus property of CFRP, known as a more economic and efficient material for very large blades. The bi-modulus property is an unique characteristic of CFRP that shows higher tensile modulus than compressive modulus. Due to this characteristic, it is needed to apply the bi-modulus property to the computational analysis of CFRP blades to achieve more accurate results. In this paper, a novel method is proposed to apply the bi-modulus property of CFRP in a numerical simulation. To demonstrate the bi-modulus effect in FE analysis, the actual bi-modulus of CFRP was measured and applied to the structural analysis of a wind turbine blade. Moreover, the effects of the proposed method were evaluated by comparing the analysis results with actual full-scale blade static test results. As a result, it was verified that the proposed method could appropriately simulate the bi-modulus during FE analysis. Moreover, the accuracy of blade structural analysis was improved in accordance with the application of the bi-modulus property.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.3
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pp.8-13
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2020
Carbon fiber-reinforced plastics (CFRPs) are extremely strong and light fiber-reinforced plastics containing carbon fibers. CFRPs can be expensive to produce, but are commonly used wherever high strength-to-weight ratio and rigidity are required, such as in the aerospace, automotive, and ship superstructure industries. In CFRP drilling, the tool performance greatly varies depending on the tool shapes, cutting conditions, and diamond coating. This study developed a new type of tungsten carbide drill with multi-blade edges to evaluate the surface quality of CFRP materials according to the coating thickness of diamond-coated drills. Experiments on tool wear, surface roughness, and burr formation were conducted. The bore exit quality of a 12 mμ -coated drill was better than that of a 6 mμ -coated drill. The superior effects of the 12 mμ -coated drill and the good surface quality of CFRP were also demonstrated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.1
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pp.31-36
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2014
This paper shows the feasibility of using carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) composite materials for manufacturing automotive coil springs. For achieving weight reduction by replacing steel with composite materials, it is essential to optimize the material parameters and design variables of the coil spring. First, the shear modulus of a CFRP beam model, which has $45^{\circ}$ ply angles for maximum torsional stiffness, was calculated and compared with the test results. The diameter of the composite spring was predicted to be 17.5 mm for ensuring a spring rate equal to that when using steel material. Finally, a finite element model of the composite coil spring with $45^{\circ}$ ply angles and 17.5 mm wire diameter was constructed and analyzed for obtaining the static spring rate, which was then compared with experimental results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.8
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pp.889-895
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2012
Carbon fiber reinforced plastic (CFRP) composites have high specific stiffness and high specific strength. Therefore, they are increasingly being use, instead of conventional metallic materials in the aviation and automobile industries, where there is a strong demand for lightweight materials. In aircraft, the fuselage is exposed to severe conditions of high temperatures and high humidity. Therefore, it is necessary to estimate the strength of CFRP composites under real conditions from the viewpoint of aircraft safety. In this study, CFRP specimens were immersed in distilled water at $75^{\circ}C$ for a long time. Then, tensile tests were performed on these specimens, and the fracture characteristics of the fractured surfaces were analyzed using SEM. A fatigue test was performed on specimens immersed for 300 days with R=0.1, and it was confirmed that the fatigue life deteriorated in immersed specimens compared to specimens that were not immersed.
The effect of open and filled holes on the strength behavior of carbon fiber reinforced polymeric (CFRP) composites was investigated. The strength was measured at room temperature dry, cold temperature dry, $-55^{\circ}C$, and elevated temperature wet, $108.3^{\circ}C$ on several different laminate configurations. Based on the experimental data presented, it is shown that the filled hole tensile strength is larger than that of open hole by reducing damage around the hole due to the constraint imposed by the fastener. The tensile strength at cold temperature dry, $-55^{\circ}C$ is increased with the brittleness by the thermal expansion coefficient of fiber and matrix. The compressive strength at elevated temperature wet, $108.3^{\circ}C$ is decreased by the cause of interfacial deterioration between fiber and matrix with moisture absorption.
In this study, tests and finite element analyses were performed regarding compression after impact strength for laminated composite structures of unidirectional carbon fiber reinforced plastic widely used in structural materials. Two lay-up sequences of composite laminates were selected as test specimens and four impact energy conditions were applied respectively. Impact and compressive strength tests were conducted in accordance with ASTM standards. Impact damages in test specimens were analyzed by using non-destructive inspection method of C-Scan, and compression after impact strengths were calculated with compressive test results. Progressive failure analysis method that can progressively simulate damages and fractures of fiber/matrix/lamina/laminate level was used for impact and compressive strength analyses. All analysis results including contact force, deflection, impact damages, compressive strengths, etc. were compared to test results, and the validity of analysis method was verified.
CFRP chip is the byproduct from carbon fiber reinforced plastic (CFRP) processing. CFRP chip is not simply a waste mainly composed of fine carbon fiber and epoxy resin. CFRP chip keeps matrix to maximize their reinforcing effect. To obtain a uniform length of carbon fiber in CFRP chip, chip was chopped ina mortar. CFRP chip should be purified to get better interface adhesion. Epoxy resin on the carbon fiber was removed by $H_2O_2$ surface etching treatment. Optimal dispersion and fabrication conditions of CFRP chip embedded in phenolic resin were determined by thermal stability for fire retardant applications. CFRP chip-phenolic composite exhibits better mechanical and thermal properties than neat phenolic resin. Surface condition of CFRP chip-phenolic composite was evaluated by static contact angle measurement. Contact angle of CFRP chip-phenolic composite was greater than neat phenolic due to heterogeneous condition of fine carbon fibers. From the evaluation for fire retardant (ASTM D635-06) test, thermal stability of CFRP chip-phenolic composite was found to be improved with higher concentration of CFRP chip.
Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) has strong and superb material properties, especially in mechanical and heat-resisting aspects, but the drawback is its high price. In this study, we made a hybrid composite using carbon fiber and basalt fiber, which is expected to attribute to its strong material properties and its financial benefits. We found out that the higher the content of basalt fiber included, the lower the intensity, and carbon's intensity contents of 80% showed the similar intensity level as that of CFRP. Besides it was possible to get a better mechanical properties using the composite that included the mixed fiber, instead of using a composition of separate fibers filed.
The interfacial properties in carbon fiber composites, which control the overall mechanical properties of the composites, are very important. Effective interface enhancement work is conducted on the modification of the carbon fiber surface with carbon nanotubes (CNTs). Nonetheless, most surface modifications methods do have their own drawbacks such as high temperatures with a range of 600~1000℃, which should be implemented for CNT growth on carbon fibers that can cause carbon fiber damages affecting deterioration of composites properties. This study includes the use of in-situ interfacial polymerization of polyamide 610/CNT to fabricate the carbon fiber composites. The process is very fast and continuous and can disperse CNTs with random orientation in the interface resulting in enhanced interfacial properties. Scanning electron microscopy was conducted to investigate the CNT dispersion and composites morphology, and the thermal stability of the composites was analyzed via thermogravimetric analysis. In addition, fiber pull-out tests were used to assess interfacial strength between fiber and matrix.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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