This paper predicted deformation due to thermal residual stress in composites using finite element analysis. Temperature cycle, Model shape, Laminate angle, Stacking sequence, chemical shrinkage of resin, and thermal expansion are affect composite deformation. Compare the results of the analytical model with the actual model of the same shape. This paper suggests that the analytical results can be applied to actual Model.
Kim Myung-Gon;Kang Sang-Guk;Kim Chun-Gon;Kong Cheol-Won
Composites Research
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v.17
no.6
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pp.52-57
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2004
In this study, mechanical tensile properties of carbon fiber reinforced polymeric (CFRP) composite cycled with thermo-mechanical loading under cryogenic temperature (CT) were measured using cryogenic environmental chamber. Thermo-mechanical tensile cyclic loading (up to 10 times) was applied to graphite/epoxy unidirectional laminate composites far room temperature (RT) to $-50^{\circ}C$, RT to $-100^{\circ}C$ and RT to $-150^{\circ}C$. Results showed that tensile stiffness obviously increased as temperature decreased while the thermo-mechanical cycling has little influence on it. Tensile strength, however, decreased as temperature down to CT while the reduction of strength showed little after CT-cycling. For the analysis of the test results, coefficient of thermal expansion (CTE) of laminate composite specimen at both RT and CT were measured and the interface between fiber and matrix was observed using SEM images.
Kim, Myung-Gon;Kang, Sang-Guk;Kong, Cheol-Won;Kim, Chun-Gon
Composites Research
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v.20
no.4
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pp.1-8
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2007
In this study, carbon fiber reinforced polymeric (CFRP) composites with different resin composition were manufactured and resin formulation in composite materials were presented through tensile tests for cryogenic use. Thermo-mechanical cyclic loading (up to 6 cycles) was applied to CFRP unidirectional laminate specimens from room temperature to $-150^{\circ}C$. Tensile tests were then performed at $-150^{\circ}C$ using an environmental test chamber. In addition, matrix-dominant properties such as the transverse and in-plane shear characteristics of each composite model were measured at $-150^{\circ}C$ to examine the effects of resin formulation on their interfacial properties. The tensile tests showed that the composite models with large amounts of bisphenol-A epoxy and CTBN modified rubber in their resin composition had good mechanical performance at cryogenic temperature (CT).
Park, Jae-Beom;Kim, Dong-Ryun;Kim, Hyung-Geun;Hwang, Tae-Kyung
Composites Research
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v.21
no.3
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pp.9-17
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2008
In this paper, the low velocity impact characteristics of filament winding CFRP pressure vessel was investigated using numerical and experimental methods. The cylinder part of CFRP vessel was impacted using triangular shape impactor which simulated the sharp edge of dropping tools and impact response behavior of CFRP was reviewed. The mechanical behavior, such as deformation and stress distribution, were also predicted by explicit finite element method and the validity of the model was investigated. For the quantitative evaluation of the residual strength of the pressure vessel after impact, a series of the ring specimens was cut from the impacted vessel and its burst pressure was measured by hydraulic pressure hoop tension test. As the results, the relationship between the residual strength degradation and the impact energy was successively obtained and a useful methodology to evaluate quantitatively the impact damage tolerance of CFRP pressure vessel was established.
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.
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.
Kim, Hyo-Jin;Lee, Sih-Joong;Han, Sang-Ho;Kim, Sang-Kuk;Park, Seong-Jun
Composites Research
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v.22
no.3
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pp.60-65
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2009
The mechanical behavior of carbon fiber reinforced polymeric (CFRP) composites was investigated. Both strength and modulus were measured at room temperature dry, cold temperature dry, $-55^{\circ}C$, and elevated temperature wet, $82.2^{\circ}C$ on seven different laminate configurations consisting of $[0_6]_T$, $[90_{12}]_T$, $[0_{16}]_T$ and $[90_{16}]_T$ unidirectional laminates, $[{\pm}45]_{5S}$ angle-ply laminate, $[0/90_{12}/0]_T$ cross-ply laminate, a 36-ply laminate $[0/45/-45/45/-45/0]_{3S}$. Based on the experimental data presented, it is shown that the strength at cold temperature dry, $-55^{\circ}C$ is increased with the brittleness of fiber or matrix. Moreover, it is shown that both shear strength and modulus at elevated temperature wet, $82.2^{\circ}C$ are decreased by the cause of interfacial deterioration between fiber and matrix with moisture absorption.
The failure strengths and modes in carbon fiber reinforced polymeric composites, with two serial bolt-fastened composite joints, were investigated to evaluate the typical joint configurations of composite components. The parametric studies were performed experimentally at room temperature dry and elevated temperature wet, $82.2^{\circ}C$ on several different laminate configurations. Based on the experimental data presented, two basic load-displacements curves are observed. Each failure mode has the characteristic curve. It is showed that the bearing failure mode occurs in elevated temperature wet condition. It is analysed that the strength of bearing failure mode is not highly depending on the effective modulus of specimen. The failure strength at elevated temperature wet is decreased by the cause of interfacial deterioration between fiber and matrix with moisture absorption.
The fiber-reinforced composite materials have been advanced for various applications because of their excellent mechanical and electromagnetic properties. On their manufacturing processes, however, thermo-curing inherently produces the undesired thermal deformation mainly from temperature drop from the process temperature to the room temperature, so called spring-back. The spring-back must be understood especially in the hybrid composites in order to design and fabricate desired shape. In this research, (glass fiber / epoxy) + (carbon fiber / epoxy) unsymmetric hybrid composites were fabricated under various conditions such as cure cycle, laminate thickness, stacking sequence and curing sequence. Coupons were made and spring-back were measured using coordinate measuring machine (CMM). Using the Classical Lamination Theory (CLT) and finite element analysis (ANSYS), the behavior of spring-back were predicted and compared with the experimental data. The results from CLT and FEA agreed well with the experimental data. Although, the spring-back could be reduced by lowering curing temperature, at any case, the spring-back could not be removed completely.
Carbon fiber-reinforced SiC matrix composites have good oxidation resistance and thermal shock resistance. These properties have allowed the composites to be applied to high-temperature structures. In this study, $C_f/SiC$ composites were fabricated via precursor infiltration and pyrolysis (PIP) process, including liquid phase infiltration and chemical vapor curing using cyclohexene. The final $C_f/SiC$ composites, which have gone through the PIP process five times, showed a density of $1.79g/cm^3$, as compared to a density of $0.43g/cm^3$ for pre-densified bare carbon fiber preform. As for the oxidation resistance characteristics, the weight of $C_f/SiC$ composite was maintained at 81% at $1400^{\circ}C$ in air for 6 hours. Chemical vapor curing (CVC) using cyclohexene has shown to be an effective method to achieve high densification, leading to increased oxidation resistance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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