Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.3
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pp.60-66
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2006
The purpose of this paper is to evaluate potential application of Lightweight Piezo-composite Actuator (LIPCA) to suppress vibrations of structures. The LIPCA, consisting of a piezoelectric layer, a carbon/epoxy layer and glass/epoxy layers, has advantages in terms of high performance, durability and reliability, compared to the bare piezoelectric ceramic (PZT) actuator. We performed two kinds of experiments on static actuation and active vibration suppression to investigate the actuation performances of the LIPCA and the bare PZT. We attached the actuator on one side and a strain gage on the other side of an aluminum beam. In the static actuation test, we evaluated the performance by comparing equivalent actuation moments of the LIPCA and the bare PZT due to the applied voltage. In the active vibration control test, control signals were generated to suppress the vibration of the beam by the PID control algorithm based on the measured strain signals. The performances were estimated based on settling times of the strain responses. It can be concluded that the LIPCA has better actuation performances than the bare PZT in active control of free vibration as well as static actuation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.5
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pp.491-497
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2015
This paper reports an experimental study for evaluating the effect of temperature on the mode I, mode II and mixed-mode interlaminar fracture toughness of adhesive joints with a curved cross-section of filament-wound dome-separated composite pressure vessel. Mode I and mixed-mode interlaminar fracture toughness were evaluated using DCB specimens, while mode II interlaminar fracture toughness was determined using ENF specimens. $[{\pm}10^{\circ}]_6$, $[{\pm}27^{\circ}]_6$ and ($[{\pm}10^{\circ}]_3/FM73/[{\pm}27^{\circ}]_3$) winding specimens with the curved cross-section were considered. In-situ temperature environments were simulated with a range of $-30^{\circ}C-60^{\circ}C$ using an environmental chamber and furnace. Experimental results on the effect of temperature indicate that interlaminar fracture toughness tends to be high at low temperature and is degraded with increase in temperature. For specimen types, it was found that interlaminar fracture toughness of $[{\pm}10^{\circ}]_3/FM73/[{\pm}27^{\circ}]_3$ winding specimens considered as adhesive joints of dome and helical part was higher than other specimens.
To determine the effect of chain length and chemical structure of linear amine curing agents on thermal and mechanical properties, a standard bifunctional linear DGEBF epoxy resin was cured with EDA and HMDA having amine group at the both ends of main chain in a stoichiometrically equivalent ratio in condition of preliminary and post cure. From this work, the effect of linear amine curing agents on the thermal and mechanical properties is significantly influenced by numbers of carbon atoms of main chain. In contrast, the results show that the DCEBF/EDA system having two carbons had higher values in the thermal stability, density, shrinkage (%), grass transition temperature, tensile modulus and strength, flexural modulus and strength than the DGEBF/HMDA system having six carbons, whereas the DGEBF/EDA cure system had relatively low values in maximum ekothermic temperature, maximum conversion of epoxide, thermal expansion coefficient than the DGEBF/HDMA cure system. These findings indicate that the packing capability (rigid property) in the EDA structure affects the thermal and mechanical properties predominantly. It shows that flexural fracture properties have a close relation to flexural modulus and strength.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2007.11a
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pp.7-12
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2007
Previously study on structural design of the main wing of the twenty-seat class WIG (Wing in Ground Effect) craft. In the final design, three spars construction was selected for safety in the critical flight load, and the Carbon-Epoxy material was selected for lightness and structural stability. In this study, the forced vibration analysis was performed on the composite main wing structure of the twenty-seat class WIG craft with two-stroke pusher type reciprocating engine. The vibration analysis based on the finite element method was performed using a commercial FEM code, MSC/NASTRAN. Excitations for the frequency response analysis were assumed as the Y-mode (lateral mode), the Z-mode (vertical mode) and the $M_{xyz}$-mode (twisted mode) which are typical main vibration modes of engine. And excitations for the transient response analysis were assumed as the X-mode (longitudinal mode) with the oscillating propeller thrust which occurs in operation.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.25
no.4
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pp.58-68
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1988
This paper is concerned with mechanical properties of unidirectional laminate $[(0^{\circ})_{8T},\;(90^{\circ})_{8T}]$, composed of angle plies $[({\pm}15^{\circ})_{2S},\;({\pm}30^{\circ})_{2S},\;({\pm}45^{\circ})_{2S},\;({\pm}60^{\circ})_{2S},\;({\pm}75^{\circ})_{2S}$ and laminate $[(9^{\circ}/90^{\circ})_{2S},\;(90^{\circ}/{\pm}45^{\circ}/0^{\circ})_S,\;({\pm}45^{\circ}/0^{\circ}/{\pm}90^{\circ})_S,\;({\pm}45^{\circ}/90^{\circ}/0^{\circ})_S,\;(0^{\circ}/90^{\circ}/{\pm}45^{\circ})_S,\;(90^{\circ}/0^{\circ}/{\pm}45^{\circ})_S]$ under the condition of uniform strain tension. Also, experimental investigation was conducted $[10]_{8T}$, off-axis tensile test for intralaminar shear characterization. The experimental data on the failure criterion of tensor polynomial were compared with those from the classical laminate theory. Acoustic Emission experiments have been carried out to investigate the changes of the amplitude distributions of Acoustic Emission monitored during failure of tensile tests on Carbon/Epoxy composites.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.17
no.2
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pp.31-38
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2013
This research analyzed the acoustic emission signals collected from the pin loading tests and investigated the effect of hygrothermal exposure on the fracture behavior of the pin-jointed carbon fiber/epoxy composites. The composite specimens include: the Base specimen that has not been exposed to any environments, the RT specimen that has been immersed in room temperature water, and the HT specimen that has been immersed in high temperature water. According to the pin loading test, the RT and the HT specimens showed 2.2% and 13% decreases in the bearing strength compared to the Base specimen, respectively. The analysis of the acoustic emission signals showed different fracture acceleration points for three types of the specimens. Furthermore, for the RT and the HT specimens, the event from the matrix crack signals in the composites decreased. This shows the effect of the hygrothermal conditions on the acoustic emission signals. Additionally, upon investigating the fracture behaviors of the pin-jointed composites, the exposing specimens to hygrothermal environments decreases the interfacial characteristics of the composites.
The brittle nature in most FRP composites is accompanying other forms of energy absorption mechanisms such as fibre-matrix interface debonding and ply delamination. It could play an important role on the energy absorption capability of composite structures. To solve the brittle nature, the adhesion between pines and composites was studied. Thermal treated pines were attached on carbon fiber reinforced polymer (CFRP) by epoxy adhesives. To find the optimum condition of thermal treatment for pine, two different thermal treatments at 160 and $200^{\circ}C$ were compared to the neat case. To evaluate mechanical and interfacial properties of pines and pine/CFRP composites, tensile, lap shear and Izod test were carried out. The bonding force of pine grains was measured by tensile test at transverse direction and the elastic wave from fracture of pines was analyzed. The mechanical, interfacial properties and bonding force at $160^{\circ}C$ treated pine were highest due to the reinforced effect of pine. However, excessive thermal treatment resulted in the degradation of hemicellulose and leads to the deterioration in mechanical and interfacial properties.
The stacking configuration of fiber-reinforced polymer (FRP) composites, achieved via the filament winding process, exhibits distinct variations compared to conventional FRP composite stacking arrangements. Consequently, it becomes challenging to ascertain the influence of mechanical properties based on the typical stacking structures. Thus, it becomes imperative to enhance the mechanical behavior and optimize the interleaved structures to improve overall performance. Therefore, this study aims to investigate the impact of incorporating amorphous halloysite nanotubes (A-HNTs) within different layers of five unique layer arrangements on the low-velocity impact properties of interleaved carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) structures. The low-velocity impact characteristics of the laminate were validated using a drop weight impact test, wherein the resulting impact damage modes and extent of damage were compared and evaluated under microscopic analysis. Each interleaved structure laminate according to whether nanoparticles are added was compared at impact energies of 10 J and 15 J. In the case of 10 J, the absorption energy showed a similar tendency in each structure. However, at 15 J, the absorption energy varies from structure to structure. Among them, a structure in which nanoparticles are not added exhibits the highest absorption energy. Additionally, various impact fracture modes were observed in each structure through optical microscopy.
Matrix dominant properties of composites are largely degraded under harmful environments such as temperature and humidity. Therefore we should consider the harmful environmental factors in the design of an UAV integral fuel tank subjected to high temperature and high humidity. The harmful environment experiment was performed for carbon/epoxy composites made of a unidirectional prepreg USN175B, and a plain woven fabric prepreg WSN3. The immersion experiment was performed under $90^{\circ}C$. The specimens were tested when the weight gam of specimen was saturated. The specimens were tested under $74^{\circ}C$ to obtain tensile and inplane shear properties. The results showed that the matrix dominant properties were extremely degraded by hygrothermal environment. To consider the variability of load, the anti-optimization method was applied. By using this method, the worst load case was found by comparing the load convex model and stability boundary. The stability boundary was obtained by analysis of the integral wing fuel tank of UAV using degraded properties. To do this, it was known that the worst load case of the integral wing fuel tank was the hovering mode load case.
In order to characterize the outstanding performance of three-dimensional (3D) composites, the low velocity impact test has been carried out. 3D fiber structures have been achieved by using the automated tape placement (ATP) process and a stitching method. Materials for the ATP and the stitching process were carbon/epoxy prepreg tapes and Kevlar fibers, respectively. Two-dimensional composites with the same stacking sequence as 3D counterparts have also been fabricated for the comparison of damage tolerance. For the assessment of damage after the impact loading, specimens were subjected to C-Scan nondestructive inspection. Compression after impact (CAI) tests were conducted to evaluate residual compressive strength. The damage area of 3D composites was greatly reduced $(30-40\%)$ compared with that of 2D composites. Although the CAI strength did not show drastic improvement for 3D composites, the ratio of retained strength was $5-10\%$ higher than 2D samples. The effect of stitching on the impact performance was negligible above the energy level of 35 Joules.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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