• Steel and Composite Structures
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• 제18권3호
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• pp.673-691
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• 2015

In this paper we are particularly focusing on the dynamic crack fatigue life of a 25 m length wind turbine blade. The blade consists of composite materiel (glass/epoxy). This work consisted initially to make a theoretical study, the turbine blade is modeled as a Timoshenko rotating beam and the analytical formulation is obtained. After applying boundary condition and loads, we have studied the stress, strain and displacement in order to determine the critical zone, also show the six first modes shapes to the wind turbine blade. Secondly was addressed to study the crack initiation in critical zone which based to finite element to give the results, then follow the evolution of the displacement, strain, stress and first six naturals frequencies a function as crack growth. In the experimental part the laminate plate specimen with two layers is tested under cyclic load in fully reversible tensile at ratio test (R = 0), the fast fracture occur phenomenon and the fatigue life are presented, the fatigue testing exerted in INSTRON 8801 machine. Finally which allows the knowledge their effect on the fatigue life, this residual change of dynamic behavior parameters can be used to predicted a crack size and diagnostic of blade.

• Composites Research
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• 제35권1호
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• pp.42-46
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• 2022

탄소섬유 복합재를 제작하였을 때, 함께 적층되는 유리섬유 부직포 개수 및 적층 순서에 따른 기공률과 기계적 물성 간의 상관관계를 확인하였다. 탄소섬유 복합재는 고 투과성 물질인 유리섬유 부직포를 함께 적층 하여 진공 수지 이송 성형 법(vacuum assisted resin transfer molding, VARTM)을 통해 제작하였다. 기공률은 시편의 단면을 광학현미경으로 촬영 후 MATLAB의 기공률 계산 코드를 통해 측정하였고, 기계적 물성은 인장시험을 통해 인장 강도 및 인장 강성, 굽힘 강도, 굽힘 강성을 측정하였다. 또한, 기공률과 기계적 물성 간의 상관관계를 확인하기 위해 두 변수간 피어슨 상관계수를 계산하였다. 결과적으로 유리섬유 부직포의 개수가 증가할수록, 적층 시 중심에서 멀어질수록 기공률이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 인장 강도 및 인장 강성은 기공률과 약한 양의 상관관계를 보였다. 또한, 인장 강도 및 강성에 기공률만이 미치는 영향을 확인하기 위해 고전 적층 판 이론으로 계산한 기계적 물성과 실험값을 비교하였으며, 인장 강도의 차이는 기공률에 강한 양의 상관관계를 인장 강성은 약한 양의 상관관계를 보였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제23권6호
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• pp.615-626
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• 2010

The discrete-layer model is proposed to analyze the edge-effect problem of laminates under extension and flexure. Based on three-dimensional elasticity theory, the displacement fields of each layer in a laminate have been treated discretely in terms of three displacement components across the thickness. The displacement fields at bottom and top surfaces within a layer are approximated by two-dimensional shape functions. Then two surfaces are connected by one-dimensional high order shape functions. Thus the p-convergent refinement on approximated one- and two-dimensional shape functions can be implemented independently of each other. The quality of present model is mostly determined by polynomial degrees of shape functions for given displacement fields. For nodal modes with physical meaning, the linear Lagrangian polynomials are considered. Additional modes without physical meaning, which are created by increasing nodeless degrees of shape functions, are derived from integrals of Legendre polynomials which have an orthogonality property. Also, it is assumed that mapping functions are linear in the light of shape of laminated plates. The results obtained by this proposed model are compared with those available in literatures. Especially, three-dimensional out-of-plane stresses in the interior and near the free edges are evaluated and convergence performance of the present model is established with the stress results.

• Composites Research
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• 제12권4호
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• pp.33-41
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• 1999

이 논문에서는 첨가질량이 있거나 없는 구조요소에 대한 간편하고 정확한 진동해석 방법이 주어진다. 사용된 방법은 1974년 Kim, D. H.에 의해 개발되었다. 이 방법은 변단면과 다양한 경계조건을 갖는 판에 매우 효과적이다. 이 방법은 양단단순-타단자유를 갖는 특별직교이방성 적층복합판에 대해 적용되었다. 이러한 판은 콘크리트 거더-가로보 시스템을 포함하는 단순 지지된 교량상판의 대부분을 나타낸다. 쉬운 이해를 위해 상세한 실예가 보와판에 대해 주어졌다.

• 한국안전학회지
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• 제29권5호
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• pp.15-21
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• 2014

The aim of this work is conduct the study on light weight and structural performance improvement of the composite wind power blade. GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic) pre-empted by CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic), the major material of wind power blade, was identified the superiority of mechanical performance through the tensile and fatigue test. SENT(Single Edge Notched Tension) specimen fracture test was conducted on the specimen that laminated together 2 ply CFRP with 4 ply GFRP through DIC(Digital Image Correlation) analysis. The SENT specimen thickness and $a_0/W$ ratio is 1.45 mm and 0.2, respectively. The fracture test accomplished with displacement control with 0.1 mm/min at the room temperature. The experimental apparatus used for the fracture test consisted of a 50kN universal dynamic tester and CCD camera connected to a personal computer (PC), which was used to record images of the specimen surface. Following data acquisition, the images and load-displacements were transferred to the PC, on which the DIC software was implement. The experiment and DIC analysis results show that CFRP/GFRP laminated composite exhibits improvement of the strength, compared with that of the existing blade material. This study shows the result that the strength of CFRP rotor blade of wind turbine satisfies through the experimental and DIC method.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제10권2호
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• pp.77-85
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• 2009

A two-dimensional cross-section analysis program based on the finite element method has been developed for composite blades with arbitrary cross-section profiles and material distributions. The modulus weighted approach is used to take into account the non-homogeneous material characteristics of advanced blades. The CLPT (Classical Lamination Plate Theory) is applied to obtain the effective moduli of the composite laminate. The location of shear center for any given cross-sections are determined according to the Trefftz' definition while the torsion constants are obtained using the St. Venant torsion theory. A series of benchmark examples for beams with various cross-sections are illustrated to show the accuracy of the developed cross-section analysis program. The cross section cases include thin-walled C-channel, I-beam, single-cell box, NACA0012 airfoil, and KARI small-scale blades. Overall, a reasonable correlation is obtained in comparison with experiments or finite element analysis results.

• Smart Structures and Systems
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• 제24권2호
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• pp.173-182
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• 2019

Due to the degradation of beamforming properties at angles close to $0^{\circ}$ to $180^{\circ}$, linear array does not have a complete $180^{\circ}$ inspection range but a smaller one. This paper develops a improved sensor array with two additional sensors above and below the linear sensor array, and presents time difference and two dimensional multiple signal classification (2D-MUSIC) based impact localization for omni-directional localization on composite structures. Firstly, the arrival times of impact signal observed by two additional sensors are determined using the wavelet transform and compared, and the direction range of impact source can be decided in general, $0^{\circ}$ to $180^{\circ}$ or $180^{\circ}$ to $360^{\circ}$. And then, 2D-MUSIC based spatial spectrum formula using uniform linear array is applied for locate accurate position of impact source. When the arrival time of impact signal observed by two additional sensors is equal, the direction of impact source can be located at $0^{\circ}$ or $180^{\circ}$ by comparing the first and last sensor of linear array. And then the distance is estimated by time difference algorithm. To verify the proposed approach, it is applied to a quasi-isotropic epoxy laminate plate and a stiffened composite panel. The results are in good agreement with the actual impact occurring position.

• Composites Research
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• 제27권4호
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• pp.158-167
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• 2014

본 연구의 궁극적 목표는 현장의 구조설계자들이 복합재 평판의 전단좌굴 설계허용치를 설정할 때 사용할 수 있는 환산계수(이론값과 실험값의 차이를 보정하는 계수)를 제공하는 것이다. 이를 위해서는 광범위한 시험과 해석이 필요하며, 본 연구에서는 일단계로, 복합재 평판의 전단좌굴시험을 위해 단축인장하중을 받는 프레임 형태의 치구를 설계하고, 시험과 해석을 수행하여 그 타당성을 검토하였다. 치구의 최종 형상은 시편의 크기, 치구의 치수, 체결볼트의 수 등의 변수들이 전단좌굴하중에 미치는 영향에 대한 인자연구를 통해 결정하였다. 시험 및 해석 결과, 설계된 프레임이 의도한대로 전단좌굴을 효과적으로 유도하는 것을 확인하였다. 그러나 시험에서는 시편이 치구에 고정되어야 하므로 시편의 크기가 달라지게 되어, 시험값과 해석값의 차이가 존재하였다. 특히 원공이 커질수록, 또한 단순지지 경계조건일 경우에는 그 차이가 더 크게 나타났다. 본 연구의 결과 고정지지 전단좌굴의 경우 설계된 프레임 형태 치구를 그대로 사용할 수 있을 것으로 보이지만, 단순지지 경계일 경우 경계조건 설정방법의 수정이 필요할 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권1A호
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• pp.11-18
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• 2012

이 논문에서는 유리-에폭시 섬유 보강 복합재료판에 $K_I$ 과 $K_{II}$ 에 의한 혼합모우드 상태의 균열된 알루미늄판의 응력확대계수의 수치해석 산정을 다루고 있다. 응력확대계수 산정을 위한 가상균열닫힘법과 2단계 확장법이 고려된다. 에너지 방출률과 응력확대계수의 항으로 표현되는 파괴역학 매개변수 계산을 위하여, p-수렴 부분 층별모델이 채택된다. 고려되는 p-수렴 방식은 저매개변수 요소의 개념에 기초한다. 1개 층에 대해 가정된 변위장, 변위-변형률 관계, 그리고 3차원 구성방정식은 2차원과 1차원 고차 형상함수의 조합으로 정의된다. 고려되는 요소는 변위장의 보간과 수치적분을 수행하기 위해 로바토 형상함수와 가우스-로바토 적분법이 사용된다. 언급된 모델과 기법들을 사용하여, 경사각도의 변화에 따른 적층판 형상의 효과와 접착제의 강도가 팻치보강 시스템에 미치는 영향이 조사된다. 중립축 변화에 따른 팻치보강 적층판의 면외 휨 효과도 분석된다. 고려되는 모델의 정확성과 단순성 등에 관해서 응력확대계수, 응력분포, 자유도 수, 에너지 방출률 등의 항목을 가지고서 평가된다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제62권1호
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• pp.107-111
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• 2017

This paper deals with critical buckling load optimization of symmetric angle-ply laminated stepped flat columns under axial compression load. The design objective is the maximization of the critical buckling load and the design variable is the fiber orientations in the layers of the laminates. The classical laminate plate theory is used for the finite element solution of the laminated stepped flat columns. The modified feasible direction (MFD) method is used for the optimization routine. For this purpose, a program based on FORTRAN is exploited. Finally, the optimization results are presented for width ratios (b/B), ratios of fillet radius ($r_1/r_2$), aspect ratios (L/B) and boundary conditions. The results are presented in graphical and tabular forms and the results are compared.