Young Cheol Kim;Geunsu Joo;Jisang Park;Woo-Kyoung Lee;Min-Gyu Kang;Ji Hoon Kim
Journal of Wind Energy
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v.14
no.3
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pp.83-90
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2023
The purpose of this study is to evaluate the inter-laminar fracture toughness characteristics of CFRP pultrusion spar cap materials reinforced with non-woven glass fabric. Test specimens were fabricated by the infusion technique. A non-woven glass fabric and artificial defects were embedded on the middle surface between two pultruded CFRP panels. Double cantilever beam (DCB) and End Notched Flexure (ENF) tests were performed according to ASTM standards. Fracture toughness and crack propagation characteristics were evaluated with load-displacement curves and delamination resistance curves (R-Curve). The fracture toughness results were calculated by compliance calibration (CC) method. The initiation and propagation values of Mode-I critical strain energy release rate value GIc were 1.357 kJ/m2 and 1.397 kJ/m2, respectively, and Mode-II critical strain energy release rate values GIIc were 4.053 kJ/m2 for non-precracked test and 4.547 kJ/m2 for precracked test. It was found that the fracture toughness properties of the CFRP pultrusion spar-cap are influenced by the interface between the layers of CFRP and glass fiber non-woven.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.21
no.1
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pp.1-6
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2012
This paper presents a stress safety of a composite pressure cylinder for a hydrogen gas vehicle. The composite pressure cylinder in which is composed of an aluminum liner and carbon fiber wound layers contains 104 liter hydrogen gas, and is compressed by a filling pressure of 70 MPa. The FEM computed results are analyzed based on the US DOT-CFFC basic requirement for a hydrogen gas cylinder and KS B ISO specification. The FEM results indicate that the stress, 255.2 MPa of an aluminum liner is sufficiently low compared with that of 272 MPa, which is 95% level of a yield stress for aluminum. Also, the composite layers in which are wound on the surface of an aluminum cylinder are safe because the stress ratios from 3.46 to 3.57 in hoop and helical directions are above 2.4 for a minimum safety level. The proposed composite pressure cylinder wound by carbon fibers is useful for 70 MPa hydrogen gas vehicles.
Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology
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v.7
no.11
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pp.447-455
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2017
At the modern industry, the composite material has been widely used. Particularly, the material of carbon fiber reinforced plastic hardened with resin on the basis of fiber is excellent. As the specific strength and rigidity are also superior, it receives attention as the light material. Among these materials, the carbon fiber reinforced plastic using carbon fiber has the superior mechanical property different from another fiber. So, it is utilized in vehicle and airplane at which high strength and light weight are needed at the same time. In this paper, the tensile property due to the fiber design is investigated through the analysis study with CT specimen composed of carbon plastic reinforced plastic. At the stress analysis of CFRP composite material with hole, the fracture trend at the tensile environment is examined. Also, it is shown that the lowest stress value happens and the deformation energy of the pre-crack becomes lowest at the analysis model composed of the stacking angle of 60° through the result due to the stacking angle. On the basis of this study result, it is thought to apply the foundation data to anticipate the fracture configuration at the structure applied with the practical experiment.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.12
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pp.1013-1019
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2016
CFRP is the composite material manufactured by the hybrid resin on the basis of carbon fiber. As this material has the high specific strength and the light weight, it has been widely used at various fields. Particularly, the unidirectional carbon fiber can be applied with the layer angle. CFRP made with layer angle has the strength higher than with no layer angle. In this paper, the property of crack growth due to each layer angle was investigated on the crack propagation and fracture behavior of the CFRP compact tension specimen due to the change of layer angle. The value of maximum stress is shown to be decreased and the crack propagation is slowed down as the layer angle is increased. But the limit according to the layer angle is shown as the stress is increased again from the base point of the layer angle of $60^{\circ}$. This study result is thought to be utilized with the data which verify the probability of fatigue fracture when the defect inside the structure at using CFRP of mechanical structure happens.
A manufacturing technology of carbon fiber composites with thermoplastic polymer pellets and continuous woven fiber was investigated using a compression molding process. To secure the impregnation of resin into the porosity of fabric the composite specimens were prepared with general injection-molding grade polypropylene pellets and low viscosity polycarbonate pellets. Tensile tests of polypropylene and polycarbonate composites were performed. Polycarbonate composites showed higher fracture strength than that of polypropylene composites because of the difference of matrix properties. However, the increase rate of strength was lower than that of polypropylene composites due to the difference of coherence between matrix and reinforcement. To investigate the effect of carbon fiber volume fraction on the fracture strength variation polypropylene composites with different volume fraction were compression molded and tensile tests were performed together. It was shown that the fracture strength of the polypropylene composites increased by 3.2, 5.4 and 6.9 times with the increase of carbon fabric volume fraction of 0.256, 0.367, and 0.480, respectively.
Recently, the amount of thermosetting plastic wastes have increased with the production of reinforced plastic composites and causes serious environmental problems. The epoxy composites, one of the versatile thermosetting plastics with excellent properties, cannot be melted down and remolded as what is done in the thermoplastic industry. In this research, a series of experiments that recovers carbon fibers from carbon fiber reinforced epoxy composites for train body was performed. We experimentally examined various decomposition processes and compared their decomposition efficiencies and mechanical property of recovered carbon fibers. For the prevention of tangle of recovered carbon fibers, each composites specimen was fixed with a Teflon supporter and no mechanical mixing was applied. Decomposition products were analyzed by scanning electron microscope (SEM), gas chromatography mass spectrometer (GC-MS), and universal testing machine (UTM). Carbon fibers could be completely recovered from decomposition process using nitric acid aqueous solution, liquid-phase thermal cracking and pyrolysis. The tensile strength losses of the recovered carbon fibers were less than 4%.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.12
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pp.49-55
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2020
In order to improve the electromagnetic shielding rate of Carbon Fiber (CF), it was produced using the nickel nano-powder impregnating method. Using two types of nickel powder having thicknesses of 50 ㎛ and 100 ㎛, and a thermoplastic elastomer resin, a compound containing 10-20% nickel content was mixed and then manufactured through an extruder. The CF coated with the compound was woven and manufactured using a 1-ply specimen. The final nickel content of the specimen was verified using TGA and the distribution of nickel powder on the CF surface was verified using SEM. The metal shows a high shielding rate in the low-frequency band, but the shielding rate decreases at higher-frequency bands. The CF improves at the higher frequency band, and metals reflect electromagnetic waves while carbon absorbs electromagnetic waves. The study of shielding materials, which are stronger and lighter than metal, by using CF lighter than metal and enabling the shielding rate from low-frequency band to high-frequency band, confirmed that the larger the area coated with nickel nano-powder, the better the electromagnetic shielding performance. In particular, CF coated with a thickness of 100 ㎛ has a shielding rate similar to that of copper and can also be used for EV/HEV automotive cables and other applications in the future.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.46
no.3
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pp.69-77
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2023
Recently, carbon composites have been applied to various fields. However, carbon composites have not been applied to the fishing vessel field due to its structure standards centered on glass composites. In this study, a structural strength evaluation study was conducted for the application of carbon composites in the fishing vessel field. Hull minimum thickness verification test and hull joint verification test were conducted. Compared to glass composites, the verification was based on equivalent or better performance. The results show that carbon composites can reduce the weight by 20% compared to glass composites. For hull joints, it was necessary to increase the thickness of the joint seam by the thickness of the hull to apply carbon composite. Through this study, a standard for the application of carbon composites to fishing vessel can be established.
Carbon fiber reinforced plastic (CFRP), one of lightweight materials, is the fiber structure using carbon fiber. It is the composite material that has the characteristics of carbon and plastic. As for the fiber structure, it has the great strength due to fiber direction. CFRP for woven type is used mostly as such a CFRP with lightweight. Woven type is more stable when compared with unidirectional type. On the other hand, woven type is highly priced. Therefore, this study aims to analyze the fiber structure of unidirectional CFRP. In this study, as the stacking angle [0/X/-X/0], X is the variable. This is unidirectional CFRP in which the angle phase of X has been reversed and stacked. By using such a unidirectional CFRP, the analysis model which had a crack at the center as the form of panel with the thickness of 2 mm was used. On analysis, the load is applied on the upper and lower parts being connected with a pin. The damage in the area near center crack was investigated. As for the analysis model, 3D surface model was designed by using CATIA. For CFRP stacking, the stacking direction was determined by using ACP in ANSYS program and the analysis model with two stacks was made. Afterwards, the structural analysis was carried out.
Kim, Do-Yun;Lee, Chang-Woo;Lee, Dong-Kun;Oh, Dae-Kyun
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.20
no.6
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pp.774-780
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2014
This research aims to investigate the superstructure characteristics of the CFRP-yachts whose hulls are made of the light-weight material CFRP. CFRP-yachts, which belong to light-weight yachts, have a tendency of having very small superstructures compared to other vessels of the same length, and such a tendency is closely related to stability. In this research, a comparison of shape characteristics was made between common composite-plastic yachts and CFRP-yachts to find out the shape characteristics of CFRP-yacht. In the meantime, a case study was conducted concerning shape changes in superstructure to understand the effect of such changes on stability. For this purpose the shapes of a total of 10 GFRP-yachts and CFRP-yachts were comparatively analyzed, and the result showed the tendency of their hulls and superstructures. Whereas the case study on stability assessment involved various superstructure shapes of CFRP yachts, for assessment by superstructure size. Stability assessment was according to ISO 12217 (Small craft Stability and buoyancy assessment and categorization). A program was also developed based on stability assessment process due to rolling in beam waves and wind, and it was applied to the case study. The result of the case study showed that the windage area distribution tendency of the yachts whose hulls were made of the light-weight material CFRP was similar to that of the GFRP-yachts, but that the superstructure shapes of the CFRP-yachts were about 50% smaller than those of the GFRP-yachts. In addition, the stability assessment involving various superstructure areas of the CFRP-yachts showed that problems with stability occurred when their superstructure sizes were similar to, or larger by about 10% than, those of the GFRP-yachts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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