There is a need for light weight and high stiffness characteristics in the building structure as well as aircraft and cars. So fiber reinforced plastic with the addition of reinforcing agent such as glass fiber, carbon fiber, aramid fiber is utilized in this regard. In this study, mechanical strength, flow property and part shrinkage of glass fiber and carbon fiber reinforced PA6 were examined according to reinforcement content such as 10%, 20%, and 30%, and reinforcement type. The mechanical property was measured by a tensile test with specimen fabricated by injection molding and the flow property was measured by spiral test. In addition, we measured the part shrinkage of fiber reinforced PA6 that affects part quality. As glass fiber content increases, mechanical property increased by 75.4 to 182%, and flow property decreased by 18.9 to 39.5%. And part shrinkage decreased by 52.9 to 60.8% in the flow direction, and decreased by 48.2 to 58.1% in the perpendicular to the flow direction. As carbon fiber content increases, mechanical property increased by 180 to 276%, flow property decreased by 26.8 to 42.8%, and part shrinkage decreased by 65.0 to 71.8% and 69.5 to 72.7% in the flow direction and the direction perpendicular to the flow respectively.
The Carrera Unified Formulation (CUF) is here extended to perform free-vibrational analyses of rotating structures. CUF is a hierarchical formulation, which enables one to obtain refined structural theories by writing the unknown displacement variables using generic functions of the cross-section coordinates (x, z). In this work, Taylor-like expansions are used. The increase of the theory order leads to three-dimensional solutions while, the classical beam models can be obtained as particular cases of the linear theory. The Finite Element technique is used to solve the weak form of the three-dimensional differential equations of motion in terms of "fundamental nuclei", whose forms do not depend on the adopted approximation. Including both gyroscopic and stiffening contributions, structures rotating about either transversal or longitudinal axis can be considered. In particular, the dynamic characteristics of thin-walled cylinders and composite blades are investigated to predict the frequency variations with the rotational speed. The results reveal that the present one-dimensional approach combines a significant accuracy with a very low computational cost compared with 2D and 3D solutions. The advantages are especially evident when deformable and composite structures are analyzed.
As the autoclave process progresses in a given cure cycle, residual stress in the composite product is induced by cure shrinkage of the resin. As a result, It generates the thermal deformation such as spring-in and warpage, and the inaccuracy of the final product increases. It is important to predict thermal deformation in aerospace parts which require precise fabrication. The research has been done on predicting and grasping curing process of composite material. In this study, the cure mechanism of composite materials according to the process is predicted through finite element analysis, and the effect of cure shrinkage on thermal deformation generated by the process is analyzed.
This paper addresses the stress analysis and design of composite double lead spiral which is boarded in 20mm universal ammunition drum by finite element method. The spiral system is very important to transfer the ammunition in stable and reliable manners for aircraft. Some verifications are done to check the possibility of composite application in spiral system. The design variables, stacking sequence and fiber orientation angles, are investigated for reliable design for practical design. The Tsai-Wu failure theory is applied to see the safety of the spiral structure. The design result is suggested to manufacture the double lead spiral part.
Reduced graphene oxide (rGO) is one of the derivatives of graphene, which has drawn some experimental research interests in recent years however, numerical research studying the mechanical behaviors of composites made of rGO has not been taken into consideration yet. The objective of this research is to investigate the buckling, and free vibration of functionally graded reduced graphene oxide reinforced nanocomposite (FG rGORC) plates employing isogeometric analysis (IGA). The effective Young's modulus of rGORC is determined based onthe Halpin-Tsai model. Four different FG distribution types of rGO are considered varying across plate thickness. Besides, the refined plate theory is used based on Reddy's third-order function. To capture the size effect, modified couple stress theory (MCST) is employed. A comprehensive study is provided examining the effect of various parameters including rGO weight fraction, FG distribution types, boundary conditions, material length scale parameter, etc. Our obtained results show that the addition of only 1% of uniformly distributed rGO into epoxy plates leads to the fundamental frequency and critical buckling load 18% and 39% higher than those of pure epoxy plates, respectively.
Park, Ha-Seung;Shin, Pyeong-Su;Kim, Jong-Hyun;Baek, Yeong-Min;Kwon, Dong-Jun;Park, Joung-Man
Composites Research
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v.30
no.3
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pp.169-174
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2017
Demand of glass fiber reinforced composites (GFRC) increased with developing aircraft and defense industries using resin transfer molding (RTM) process to produce complex product. In this research, wetting, interfacial, and mechanical properties were evaluated with different Cross-linking Density by Molecular Weight of Hardener. Epoxy resin as matrices was used bisphenol-A type and amine-type hardeners with different molecular weight. Specimens were manufactured via RTM and wetting property of resin and glass fiber (GF) mat was evaluated to viscosity of epoxy and injection time of epoxy matrix. Mechanical property of GFRC was determined via flexural strength whereas interfacial properties were determined by interlaminar shear strength (ILSS) and interfacial shear strength (IFSS). The difference in mechanical property depends upon the fiber weight fraction (wt %) of GFRC by RTM as well as the different Molecular Weight of Hardener.
Park, Sung-Jun;Ko, Myung-Gyun;Kim, Dong-Gwan;Kim, Sang-Kuk;Moon, Chang-Oh;Kweon, Jin-Hwe;Choi, Jin-Ho
Composites Research
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v.27
no.4
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pp.158-167
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2014
Final goal of this research is to establish the database for correlation factors which connects the test and analysis results of shear buckling allowables for composite plate. To accomplish the goal, extensive test and analysis works are required. In this paper, as the first step, a frame-type fixture for shear buckling test was designed and validated through the test and analysis. Final configuration of the fixture were determined via parametric study on the effect of specimen size, cross-sectional dimensions, and number of fastening bolts on the shear buckling load. Results of the study showed the designed frame-type fixture successfully induces the shear buckling of composite plate. However, there were deviations between the test results and analysis results for ideal case under pure shear load, which were mainly caused by the difference in plate sizes for both cases. The difference were larger in the plates with larger hole and simply supported boundary condition. It is concluded from the results that while the designed fixture can be used for the clamped plates with acceptable accuracy, it shows larger difference in the simply supported plates.
Kim, Choong-Hyun;Yoo, Jae-Seung;Byeon, Chang-Seok;Ju, Hyun-Woo;Park, Min-Young;Choi, Jin-Ho;Kweon, Jin-Hwe
Composites Research
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v.29
no.3
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pp.117-124
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2016
The failure strength of composite single-lap joint repaired using scarf patch was investigated by test and finite element method. A total of 45 specimens were tested changing scarf ratio, stacking pattern, and defect size to study the failure strength and mode. Except for one case, all repaired specimens showed the equal or higher strength than the sound specimens and the effect of considered repair parameters was not remarkable. It was found through the failure mode inspection that the surface treatment for bonding was not enough in the case which failed at the lower load than the sound specimen. Three-dimensional finite element analysis was conducted to verify the test results. It was confirmed that the considered repair parameters do not significantly affect the stress distribution of the specimens. It was also observed that the applied tensile load is relieved passing through the overlapped region thickness of which is almost double. From this study, it is concluded that if the bonding procedure for adherends and patch including surface treatment for fabric layer is thoroughly followed, the strength of repaired single-lap joint can be restored up to the strength of sound one.
Kim, Jong-Hyun;Shin, Pyeong-Su;Kwon, Dong-Jun;Park, Joung-Man
Composites Research
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v.33
no.6
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pp.365-370
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2020
The icing formation at aircraft occur problems such as increasing weight of the body, fuel efficiency reduction, drag reduction, the error of sensor, and etc. The viscosity of polyurethane (PU) topcoat was measured at 60℃ in real time to set the pre-curing time. SiO2 nanoparticles were dispersed in ethanol using ultra-sonication method. The SiO2/ethanol solution was sprayed on PU topcoat that was not cured fully with different pre-curing conditions. Surface roughness of SiO2/PU nanocomposites were measured using surface roughness tester and the surface roughness data was visualized using 3D mapping. The adhesion property between SiO2 and PU topcoat was evaluated using adhesion pull-off test. The static contact angle was measured using distilled water to evaluate the hydrophobicity. Finally, the pre-curing time of PU topcoat was optimized to exhibit the hydrophobicity of SiO2/PU topcoat.
When designing ships and aircraft structures, it is important to design them to satisfy weight reduction and strength. Currently, studies related to topology optimization using 3D printed composite materials are being actively conducted to satisfy the weight reduction and strength of the structure. In this study, structural analysis was performed to analyze the applicability of 3D printed composite materials to the flight control surface, one of the parts of an aircraft or unmanned aerial vehicle. The optimal topology shape of the flight control surface for the bending load was analyzed by considering three types (hexagonal, rectangular, triangular) of the topology shape of the flight control surface. In addition, the bending strength of the flight control surface was analyzed when four types of reinforcing materials (carbon fiber, glass fiber, high-strength high-temperature glass fiber, and kevlar) of the 3D printed composite material were applied. As a result of comparing the three-point bending test results with the finite element method results, it was confirmed that the flight control surface with hexagonal topology shape made of carbon fiber and Kevlar had excellent performance. And it is judged that the 3D printed composite can be sufficiently applied to the flight control surface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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