Li, Lingfang;Mei, Hanfei;Haider, Mohammad Faisal;Rizos, Dimitris;Xia, Yong;Giurgiutiu, Victor
Smart Structures and Systems
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v.26
no.2
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pp.157-174
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2020
The guided wave technique is commonly used in structural health monitoring as the guided waves can propagate far in the structures without much energy loss. The guided waves are conventionally generated by the surface-mounted piezoelectric wafer active sensor (PWAS). However, there is still lack of understanding of the wave propagation in layered structures, especially in structures made of anisotropic materials such as carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites. In this paper, the Rayleigh-Lamb wave strain tuning curves in a PWAS-mounted unidirectional CFRP plate are analytically derived using the normal mode expansion (NME) method. The excitation frequency spectrum is then multiplied by the tuning curves to calculate the frequency response spectrum. The corresponding time domain responses are obtained through the inverse Fourier transform. The theoretical calculations are validated through finite element analysis and an experimental study. The PWAS responses under the free, debonded and bonded CFRP conditions are investigated and compared. The results demonstrate that the amplitude and travelling time of wave packet can be used to evaluate the CFRP bonding conditions. The method can work on a baseline-free manner.
Thus paper summarizes the procedures to develop the downscaled payload kick motor for KSR-III by KARI. Filament winding-a well-known method of manufacturing composite motor case - is adopted to reduce structural weight. Netting and lamination theories are used to determine adequate winding thickness under required internal pressure. Dome shapes are designed considering feasible winding patterns and easiness of mandrel manufacturing. T-800 carbon fiber and Novolac type resin are selected for weight-reduction. The separate mandrels are disassembled and removed after filament winding. The manufacturing process of real payload kick motor is developed from the design experience of downscaled ones.
Autoclave processing has a good quality of product, but manufacturing cost is expansive. After curing of composite, the unwanted deformation and distortion increase the manufacturing cost by redesign of tool parts. Therefore, manufacturing cost down is a big issue in processing level. For the reduction of tool costs, it is important to investigate the effects of tool materials and tool surface conditions. In this paper, we organized user subroutine in ABAQUS to consider the thermal effects of part and tool, and the results are compared with commercial code, COMPRO. And this paper suggests reference point for the selection of tool materials to reduce manufacturing costs.
High-cycle fatigue characteristics of quasi-isotropic carbon fiber reinforced plastic (CFRP) laminates [-45/0/45/90]s up to $10^8$ cycles were investigated. To assess the fatigue behavior in the high-cycle region, fatigue tests were conducted at a frequency of 100 Hz, since it is difficult to investigate the fatigue characteristics in high-cycle at 5 Hz. Then, the damage behavior of the specimen was observed with a microscope, soft X-ray photography and a 3D ultrasonic inspection system. In this study, to evaluate quantitative characteristics of both transverse crack propagation and delamination growth in the high-cycle region, the energy release rate associated with damage growth in the width direction was calculated. Transverse crack propagation and delamination growth in the width direction were evaluated based on a modified Paris law approach. The results revealed that transverse crack propagation delayed under the test conditions of less than ${\sigma}_{max}/{\sigma}_b$ = 0.3 of the applied stress level.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2003.05a
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pp.294-299
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2003
The efficiency of complex slurry preparation route for the development of high performance RS-SiCf/SiC composites has been investigated. The green bodies for RS-SiC and RS-SiCf/SiC composite materials prior to the infiltration of molten silicon were prepared with various C/SiC complex matrix slurries, which associated with both different sizes of starting SiC particles and blending ratios of starting SiC and carbon particles. The reinforcing materials in the composite system were uncoated and C coated Tyranno SA SiC fiber. The characterization of RS-SiC and RS-SiCf/SiC composite materials was examined by means of SEM, EDS and three point bending test. Based on the mechanical property-microstructure correlation, process optimization methodology is discussed.
The use of external carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) laminates is one of the most effective techniques existing for the confinement of circular concrete specimens. Currently, several researches have been made to develop models for predicting the ultimate conditions of this type of confinement. As most of the major existing models were developed based on limited experimental database. This paper presents the development of new confinement ultimate conditions, strength and strain models, for concrete cylinders confined with CFRP composites based on a statistical analysis of a large existing experimental database of 310 cylindrical concrete specimens wrapped with CFRP. The database is used to evaluate the performance of the proposed and major existing strength and strain models. Based on the two different statistical indices, the coefficient of determination ($R^2$) and the Root Mean Square Error (RMSE), the two proposed confinement ultimate conditions presents a good performance compared to the major existing models except the models of Lam and Teng (2003) and Youssef et al. (2007) which have relatively similar performance to the proposed models.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.10a
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pp.278-281
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2004
The purpose of this paper is to show a reliable analytical method to predict the deflections of F/W Composite Motor Case. Structural analysis and testing of a Carbon/Epoxy Composites Motor Case for Pressure Loadings were performed. This paper presents the development of 3-D layered axi-symmetric solid element for finite element analysis. Finite element analyses were preformed considering fiber angle variation in longitudinal and thickness direction by ANSYS. The analytical results agree well with experimental results.
In this study, the effects of initial damage of concrete columns on the post-repair performance of reinforced concrete (RC) columns strengthened with carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) composite are investigated experimentally. Four kinds of compression-damaged RC cylinders were reinforced using external CFRP composite wraps, and the stress-strain behavior of the composite/concrete system was investigated. These concrete cylinders were compressed to four pre-damaged states including low -level, medium -level, high -level and total damage states. The percentages of the stress levels of pre-damage were, respectively, 40, 60, 80, and 100% of that of the control RC cylinder. These damaged concrete cylinders simulate bridge piers or building columns subjected to different magnitudes of stress, or at various stages in long-term behavior. Experimental data, as well as a stress-strain model proposed for the behavior of damaged and undamaged concrete strengthened by external CFRP composite sheets are presented. The experimental data shows that external confinement of concrete by CFRP composite wrap significantly improves both compressive strength and ductility of concrete, though the improvement is inversely proportional to the initial degree of damage to the concrete. The failure modes of the composite/damaged concrete systems were examined to evaluate the benefit of this reinforcing methodology. Results predicted by the model showed very good agreement with those of the current experimental program.
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 performs an experimental study on the flexural behavior of preloaded reinforced self-compacted concrete beams strengthened with carbon fiber reinforced polymers CFRP. A group of six preloaded strengthened beams was investigated along with one unstrengthened beam used as a reference beam RB. All beams have the same dimensions and reinforcement details: three beams are strengthened with CFRP laminates against flexural failure and three beams are strengthened with CFRP sheets. For simulating actual conditions, the beams are loaded before strengthening. Then, after strengthening, the beams are tested for flexural strength using 4-point loads where cracked and ultimate load and failure mode, along with load-deflection relation are recorded. To study the different configurations of strengthening, one layer, two layers, and U-wrap formation of laminates and sheets are considered. The results show that strengthing the RC beams using CFRP is an effective method to increase the beam's capacity by 47% up to 153% where deflection is reduced by 5%-80%. So, the beams strengthened with CFRP laminates have higher load capacity and lower ductility in comparison with the beams strengthened with CFRP sheets.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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