Lee, Jungeon;Park, Jae Min;Jung, Jae Hoon;Kim, Tae Young;Han, Myung Dong;Seo, Jang Min;Seo, Min Jeong;Yang, Seong Baek;Yeum, Jeong Hyun
Textile Coloration and Finishing
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v.34
no.1
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pp.68-75
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2022
The breathable film refers to a high-functional film that allows gas and water vapor to pass through very fine and sophisticated pores but not liquid. In this research, the breathable film was prepared based on linear low-density polyethylene (LLDPE) and CaCO3 particles by extrude method. The LLDPE composite film containing CaCO3 particles had excellent mechanical properties and functionalties. The drawing is a technologically simple and excellent method for improving the mechanical properties of composite films. In this work, the effects of draw ratio on morphology, crystallinity, pore size distribution, mechanical properties, and water vapor permeability of the films were examined. The results revealed that both surface morphology and breathability were affected by the influence of chain orientation and crystal growth with increasing the draw ratio. The mechanical properties were improved with increasing the draw ratio.
Hyunseok, Yang;Woo-Chul, Jung;Kwang Bok, Shin;Man-Sik, Kong
Composites Research
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v.35
no.6
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pp.425-430
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2022
In this study, the mechanical properties of the pressure vessel composite exposed to the thermal environment were evaluated to establish the standard for high temperature static pressure test of the pressure vessel for hydrogen bus. As the tensile strength of the composite material approaches the glass transition temperature of the epoxy resin, the strength decreases due to the deterioration of the epoxy resin. In addition, it was confirmed that the tensile strength increased again due to the post-curing of the epoxy resin during long-term exposure. Therefore, the accelerated stress rupture test conditions of the pressure vessel for the hydrogen bus should be set based on the epoxy resin properties of the carbon fiber composite material.
The carbon fiber reinforced plastic manufacturing process has a problem in that a dimensional error occurs due to thermal deformation such as residual stress, spring-in, and warpage. The main causes of thermal deformation are various, including the shape of the product, the chemical shrinkage, thermal expansion of the resin, and the mold effect according to the material and surface condition of the mold. In this study, a viscoelastic model was applied to the plate model to predict the thermal deformation. The effects of chemical shrinkage and thermal expansion of the resin, which are the main causes of thermal deformation, were analyzed, and the analysis technique of the 3-D viscoelastic model with and without mold was also studied. Then, the L-shaped mold effect was analyzed using the verified 3D viscoelastic model analysis technique. The results show that different residual deformation occurs depending on the surface condition even when the same mold is used.
Dong-Geon Kim;Kyung-Rae Koo;Hyun-Guk Kim;Sung-Chan Song;Seong-Cheol Kwon;Jae-Hyuk Lim;Young-Bae Kim
Composites Research
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v.36
no.3
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pp.230-240
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2023
The deployable reflector antenna consists of 24 unit main reflectors, and is mounted on a launch vehicle in a folded state. This satellite reaches the operating orbit and the antenna of satellite is deployed, and performs a mission. The deployable reflector antenna has the advantage of reduce the storage volume of payload of launch vehicle, allowing large space structures to be mounted in the limited storage space of the launch vehicle. In this paper, structural analysis was performed on the main reflector constituting the deployable reflector antenna, and through this, the initial conceptual design was performed. Lightweight composite main reflector was designed by applying a carbon fiber composite and honeycomb core. The laminate pattern and shape were selected as design variables and a design that satisfies the operation conditions was derived. Then, the performance of the lightweight composite reflector antenna was analyzed by performing detailed structural analysis on modal analysis, quasi-static, thermal gradient, and dynamic behavior.
Hyunsoo Hong;Samuel Kim;Wonvin Kim;Wonki Kim;Jae-moon Jeong;Seong Su Kim
Composites Research
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v.37
no.4
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pp.291-295
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2024
Vibration occurs not only in daily life but also in various fields such as semiconductors, aerospace, vehicles, and ships. Unexpected vibrations can cause fatigue damage to structures and degrade the performance of the entire system, having very detrimental effects. Particularly, low-frequency vibrations can be very harmful to precision equipment, human bodies, and buildings. Therefore, mitigating low-frequency vibrations is essential for effective vibration reduction. In this study, a kirigami-inspired composite meta-structure is proposed for low-frequency vibration reduction. Inspired by kirigami, the meta-structure is designed to transform from a three-dimensional to a two-dimensional form upon compression, leveraging structural advantages. Additionally, it is designed to have quasizero stiffness characteristics, providing excellent vibration reduction performance even at low frequencies. The kirigami composite meta-structure was fabricated using carbon fiber reinforced TPU through 3D printing. Its structural and vibrational characteristics were evaluated and analyzed through compression and vibration tests.
Sandwich panels with three different joint configurations were tested to design a novel sandwich joint structure that can effectively support both the tensile and compressive loads. The sandwich core was mainly aluminum flex honeycomb but the PMI foam core was limitedly applied to the ramp area which is transition part from sandwich to solid laminate. The face of sandwich panel was made of carbon fiber composite. For configuration 1, the composite flange and the sandwich panel were cocured. For configurations 2 and 3, an aluminum flange was fastened to the solid laminate by HI-LOK pins and adhesive. The average compressive failure loads of configurations 1, 2, and 3 were 295, 226, and 291 kN, respectively, and the average tensile failure loads were 47.3 (delamination), 83.7 (bolt failure), and 291 (fixture damage) kN, respectively. Considering the compressive failure loads only, both the configurations 1 and 3 showed good performance. However, the configuration 1 showed delamination in the corner of the composite flange under tension at early stage of loading. Therefore, it was confirmed that the structure that can effectively support tension and compressive loads at the same time is the configuration 3 which used a mechanically fastened aluminum flange so that there is no risk of delamination at the corner.
Sung-Youl Bae;Kyo-Moon Lee;Sanjay Kumar;Ji-Hun Seok;Jae-Wan Choi;Woo-Hyuk Son;Yun-Hae Kim
Composites Research
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v.36
no.5
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pp.355-360
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2023
Epoxy-based carbon fibers reinforced plastic (CFRP) exhibit limitations in their suitability for industrial applications due to high brittleness characteristics. To address this challenge, extensive investigations are underway to enhance their toughness properties. This research focuses on evaluating the toughening mechanisms achieved by Polyamide 6 particles(p-PA6) and Carboxyl-Terminated Butadiene-Acrylonitrile (CTBN) elastomer, with a specific emphasis on utilizing minimal additive quantities. The study explores the impact of varying concentrations of p-PA6 and CTBN additives, namely 0.5, 1, 2.5, and 5 phr, through comprehensive Mode I fracture toughness and tensile strength analyses. The inclusion of p-PA6 demonstrated improvements in toughness when introduced at a relatively low content of 1phr. This improvement manifested as a sustained fracture behavior, contributing to enhanced toughness, while simultaneously maintaining the material's tensile strength. Furthermore, the investigation revealed that the incorporation of p-PA6 affected in particle aggregation, thus influencing the overall toughening mechanism. Incorporation of CTBN, an elastomeric modifier, exhibited a pronounced increase in fracture toughness at higher concentrations of 2.5 phr and beyond. However, this increase in toughness was accompanied by a reduction in tensile strength, resulting in fracture behavior similar to conventional CFRP exhibiting brittleness. The synergy between pPA6, CTBN and CFRP appeared to marginally enhance tensile strength under specific content conditions. As a result of this study, optimized conditions for the application of the p-PA6, CTBN toughening technology have been identified and established.
The two dimensional size effect of specimen gauge section ($length{\;}{\times}{\;}width$) was investigated on the compressive behavior of a T300/924 $\textrm{[}45/-45/0/90\textrm{]}_{3s}$, carbon fiber-epoxy laminate. A modified ICSTM compression test fixture was used together with an anti-buckling device to test 3mm thick specimens with a $30mm{\;}{\times}{\;}30mm,{\;}50mm{\;}{\times}{\;}50mm,{\;}70mm{\;}{\times}{\;}70mm{\;}and{\;}90mm{\;}{\times}{\;}90mm$ gauge length by width section. In all cases failure was sudden and occurred mainly within the gauge length. Post failure examination suggests that $0^{\circ}$ fiber microbuckling is the critical damage mechanism that causes final failure. This is the matrix dominated failure mode and its triggering depends very much on initial fiber waviness. It is suggested that manufacturing process and quality may play a significant role in determining the compressive strength. When the anti-buckling device was used on specimens, it was showed that the compressive strength with the device was slightly greater than that without the device due to surface friction between the specimen and the device by pretoque in bolts of the device. In the analysis result on influence of the anti-buckling device using the finite element method, it was found that the compressive strength with the anti-buckling device by loaded bolts was about 7% higher than actual compressive strength. Additionally, compressive tests on specimen with an open hole were performed. The local stress concentration arising from the hole dominates the strength of the laminate rather than the stresses in the bulk of the material. It is observed that the remote failure stress decreases with increasing hole size and specimen width but is generally well above the value one might predict from the elastic stress concentration factor. This suggests that the material is not ideally brittle and some stress relief occurs around the hole. X-ray radiography reveals that damage in the form of fiber microbuckling and delamination initiates at the edge of the hole at approximately 80% of the failure load and extends stably under increasing load before becoming unstable at a critical length of 2-3mm (depends on specimen geometry). This damage growth and failure are analysed by a linear cohesive zone model. Using the independently measured laminate parameters of unnotched compressive strength and in-plane fracture toughness the model predicts successfully the notched strength as a function of hole size and width.
The mechanical property related to lap shear strength of the joint structure between carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composite and metal (Ni-Cr Alloy) under varying environmental conditions (temperature and humidity) was studied in order to apply to the aircraft fan blade. Room temperature dry (RTD), elevated temperature wet (ETW), and cold temperature dry (CTD) environmental conditions were chosen for investigation based on the flight conditions of aircraft. Lap shear strength tests were conducted according to ASTM Standard D3528 to evaluate the shear strength. The microstructure characteristic of failure zone was analyzed by SEM images to check the adhesive shear strength with the three environmental conditions. In comparison with shear strength for the RTD condition, the shear strength in the ETW condition was reduced by 72.8% while those for the CTD condition increased by 56.5%. The moisture absorption and high temperature in ETW condition strongly had an affect on mechanical property of adhesive, while cold temperature could enhance the adhesive shear strength due to the higher brittleness.
In this paper, the basic study on the design of the flexible keel of the energy-storage prosthetic foot was performed in order to Improve the walking performance and Increase the activities of the below knee amputees. Based on the analysis of the anthropometric data and the normal gait on two dimensional sagittal plane available In the literature, we presented a model of the basic structure of the flexible keel of the prosthetic foot. The model of the basic structure was composed of the simple beams, and linear rotational spring and damper. Laminated carbon fiber-reinforced composites were selected as the material of the basic structure model of the flexible keel In order to apply the high strength and light weight materials to the basic structure of the flexible keel of the prosthetic foot. The recoverable strain energy In response to the change of beam shape was calculated bur the finite element analysis and it was suggested that the change of beam shape could be the design variable in flexible keel design. The simulation process was systematically designed by using orthogonal array table in order to design the flexible keel structure which could store the more recoverable strain energy. finite element analysis was carried but according to the design of simulations by using the finite element program ABAQUS and the flexible keel structure of the energy-storage prosthetic foot was obtained from the analysis of variance(ANOVA). The dynamic simulation model of the prosthetic walking using the flexible keel structure was made and the dynamic analysis was carried but during one walk cycle. Based on the above results, an effective design process was presented for the development of the prosthetic fool system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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