Type3 cylinder is a composite pressure vessel fully over-wrapped with carbon/epoxy composite layers over an aluminum liner, which is the most ideal and safe high pressure gas container for CNG vehicles due to the lightweight and the leakage-before-burst characteristics. During service in CNG vehicle, if a fiber cut damage occurs in outer composite layers, it can degrade structural performance, reducing cycling life from the original design life. In this study, finite element modeling and analysis technique for the composite cylinder with fiber-cut crack damage is presented. Because FE analysis of type3 cylinder is path dependant due to plastic deformation of aluminum liner in autofrettage process, method to introduce a crack into FE model affect analysis result. A crack should be introduced after autofrettage in analysis step considering real circumstances where crack occurs during usage in service. For realistic simulation of this situation, FE modeling and analysis technique introducing a crack in the middle of analysis step is presented and the results are compared with usual FE analysis which has initial crack in the model from the beginning of analysis. Proposed analysis technique can be used effectively in the evaluation of influence of damage on composite layers of type3 cylinder and establish inspection criteria of composite cylinder in service.
The carbonization behaviors of CFRP fabricated with 2D-woven fabric and matrix phenolic resin have been studied. The changes in dimension were observed in the temperature range of 365-37$0^{\circ}C$ in the thickness direction, 118-12$0^{\circ}C$ in the normal direction each other by TMA analysis. Observation with the optical microscope shows that the formed cracks and pores during the fabrication of CFRP were propagated with the increase of pyrolysis temperaure. New cracks and pores were formed in the pyrolysis temperature range of 400-50$0^{\circ}C$ In line with the formation and propagation of cracks, porosity was increased and density was decreased rapidly in the pyrolysis temperature range of from 40$0^{\circ}C$ to 70$0^{\circ}C$. Therefore heating rate in the carbonization process need to be controlled carefully by intervals.
The rotor blade is a key component that generates the lift, thrust, and control forces required for helicopter flight by the torque transmitted through the hub and the blade pitch angle control, and should be designed to factor vibration characteristics so that there is no risk of resonance with structural safety. In this study, the structural design of the main rotor blade for MPUH(Multi-Purpose Unmanned Helicopter) was conducted and the sectional stiffness measurement of the fabricated blade was performed. The evaluation of the vibration characteristics of the main rotor system was then conducted factoring the measured stiffness distribution. The interior of the rotor blade comprised of the skin, spar, and torsion box, and carbon and glass fiber composites were applied. The Ksec2D program was applied to predict the stiffness of blade, and the results were compared to the measured data. CAMRADII, a comprehensive rotorcraft analysis program, was applied to investigate the natural frequency trends and resonance risks due to the rotor rotation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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제16권10호
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pp.1824-1832
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1992
This study investigated the compressive Young's modulus and the impactinduced damage of CFRP angle-ply laminate under same impact energy condition. The specimens of angle-ply laminate composites [0.deg.$_{6}$/ .theta..deg.$_{10}$/ 0.deg.$_{6}$] with .theta..deg. =30.deg., 45.deg., 60.deg. and 90.deg. were employed, and damaged by steel balls of diameter of 5mm and 10mm propelled by air gun type impact testing machine. The impact damaged zones were observed through a scanning acoustic microscope(SAM), and their cross-sections were observed through a scanning electron microscope(SEM). The compressive Young's moduli before and after impact were measured, and compared with the theoretical values calculated. The results obtained were as follows: (1) The damage areas on the interfacial boundaries showed more severe change on the back side interface than on the impact side interface with increasing ply-angle. (2) The damage areas on the interfacial boundaries became larger with increasing impact velocity or ply-angle. (3) The impact damaged zone showed the delamination on the interfacial boundaries and transverse cracks inside laminas. (4) The impact damaged zone was affected by the impactor size and speed or ply-angle under same impact energy condition. (5) Compressive Young's moduli before and after impact were lower than theoretical value, but showed a similar change according to ply-angle. (6) Compressive Young's moduli after impact were higher than those before impact, but there was no remarkable change in apparent compressive modulus after impact.t.act.
The light weight composite materials have been replacing in high performance structures. The object of this study is to examine the effects of the initial crack location about a delamination in a PVC foam cored sandwich composite that is used for the strength improvement of structures. The initial crack location and fiber laminates thickness were changed with several types. The MMB specimen was used for evaluating the fracture toughness and crack behaviors. The material used in the experiment is a commercial twill carbon prepreg in CFRP material and Airex in PVC foam core. Sandwich laminate composites are composed by PVC foam core layer between CFRP face sheets. The face sheets were fabricated as 2 types of 5 and 8 plies. The initial cracks were located in a PVC form core and the interface of upper CFRP sheet. From the results, the crack initiation was affected with the location of the initial crack inserted in the PVC foam core. Among them, the initial crack at 1/3 of the upper part of the PVC foam core was the most rapid progression. And the critical energy release rate was $0.40kJ/m^2$, which is the lowest value when the initial crack was inserted into the interface between a PVC foam core and CFRP laminated with 5 plies. Meanwhile, the highest value of $1.27kJ/m^2$ was obtained when the initial crack was located at the center line in case of the 8 plies.
Park, Je-Woong;Kim, Do-Jung;Hsu, David K.;Seo, Young-Hwan;Im, Kwang-Hee
Journal of Ocean Engineering and Technology
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제22권4호
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pp.8-13
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2008
In this study, an investigation of shear wave ultrasonic technique was carried out to detect stacking orientation error for CF/Epoxy quasi-isotropy composite laminates. The ultrasonic shear wave is particularly sensitive to ply orientation and layup sequence in tire CF/Epoxy composite laminates. In the manufacturing of composite laminates, it is important that layup errors be detected in samples. In this work, an effect was mack to develop shear wave techniques that can be applied to composite laminates. During testing, the mast significant problem is that the couplant conditions do not remain the same because of its changing viscosity. The design and use of a shear ware transducer would greatly alleviate the couplant problem. A pyramid of aluminum, with isosceles triangle (two 45o angles) sides, was made to generate shear waves, using two longitudinal transducers based on an ultrasonic-polarized mechanism. A signal splitter was connected to the pulser jack on a pulser/receiver and to the longitudinal transducers. The longitudinal transducers were mounted with mineral oil, and the shear transducer was mounted with burnt honey on the bottom as a receiver. The shear wave was generated at a maximum and a minimum based on the ultrasonic-polarized mechanism. Results show it is feasible to measure layup error using shear wave transducers on a stacking of prepregs in composites.
This paper describes the bone healing process of fractured long bones such as a tibia applied by composite IM rods using finite element analysis. To simulated tissue differentiation process mechano-regulation theory with a deviatoric strain was implemented and a user's subroutine programmed by a Python code for an iterative calculation was used. To broadly find the appropriate rod modulus for healing bone fractures, composite IM rods were analyzed considering the stacking sequence. To compare mechanical stimulation at fracture gap, two kinds of initial loading conditions were applied. As a result, it was found that the initial loading condition was the most sensitive factor for the healing performance. In case a composite IM rod made of a plain weave carbon fiber/epoxy (WSN3k) had a stacking sequence of $[{\pm}45]_{nT}$, the healing efficiency was the most effective under a initial load of 10%BW.
In this study, a structural optimal design of 10 MW composite blade was performed using bend-twist coupled(BTC) design concept. Bend-twist coupling of blade means the coupling behavior between the bending and torsional deflections due to the composite lamina with fiber angle biased from the blade longitudinal axis. This can potentially improve the overall performance of composite blade and reduce the dynamic loading. Parametric studies on layup angle, thickness and area of off-axis carbon UD were conducted to find the optimum coupling effect with weight reduction. Comparing the results of fatigue load analysis between conventional model and BTC applied model, the damage equivalent load(DEL) of blade root area were decreased about 3% in BTC model. To verify the BTC effect experimentally, a 1:29 scaled model was fabricated and the torsion at the tip under deflection behavior of blade stiffener model was measured by static load test.
Electrical discharge machining (EDM) cuts metal by discharging electric current across a thin gap between tool and workpiece. Electrical discharge wire cutting, a special form of EDM, uses a continuously moving conductive wire as an electrode, and is widely used for the manufacture of punches, dies and stripper plates. In the wire cutting process, the moving wire is usually supported by cantilever arm and wire guides. As the wire traveling speed has been increased in recent years to improve productivity, the vibration of the cantilever arm occurs, which reduces the positional accuracy of the machine. Therefore, the design and manufacture of the cantilever arm with high dynamic characteristics have become important as the machining speed increases. In this paper, the cantilever arm for guiding the moving wire was designed and manufactured using carbon fiber epoxy composite in order to improve the static and dynamic characteristics. Specimens for the composite cantilever arm were manufactured and tested to investigate the effect of the number of reinforcing plies and length fitted to steel flange on the load capacity. Also, the finite element analysis using layer and contact elements was performed to compare the calculated results with the experimental ones. From the results, the prototype of the composite cantilever arm for the electrical discharge wire cutting machine was manufactured and the static and dynamic characteristics were compared with those of the conventional steel cantilever arm.
In this paper, the bonding strengths of co-cured T800 carbon/epoxy composite-aluminum single lap joints with and without additional pressures were investigated using the pressure information induced by the fiber tension during a filament winding process. The specimens of all the tests were fabricated by an autoclave vacuum bag de-gassing molding being controlled forming pressures (absolute pressures of 0.1MPa, 0.3MPa and 0.7MPa including vacuum). A special device which can act uniform additional pressures on the joining part of the single lap joint specimen was designed to measure the bonding strengths of composite-aluminum liners of type III hydrogen pressure vessel fabricated by a filament winding process. After the three different additional pressures (absolute pressures of 0.1MPa, 0.3MPa and 0.7MPa) were applied to the specimens the effect of the additional pressures on the bonding strengths of the co-cured single-lap joints were evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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