The 9th International Conference on Construction Engineering and Project Management
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pp.436-442
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2022
Hurricanes and tornadoes are the most destructive natural disasters in some central and southern states. Thus, storm shelters, which can provide emergency protections for low-rise building residents, are becoming popular nowadays. Both FEMA and ICC have published a series of manuals on storm shelter design. However, the authors found that the materials for related products in the market are heavyweight and hard to deliver and install; renovations are necessary. The authors' previous studies found that lightweight and high-performance composite materials can withstand extreme wind pressure, but some building codes are designated in wind-borne debris areas. In these areas, wind debris can reach greater than 100 mph speed. In addition, the impact damage on the composite materials is an increasing safety issue in many engineering fields; some can cause catastrophic results. Therefore, studying composite structures subjected to wind debris impact is essential. The finite element models are set up using the software Abaqus 2.0 to conduct the simulations to observe the impact resistance behavior of the carbon fiber composite sandwich panels. The selected wood debris models meet the FEMA requirements. The outcome of this study is then employed in future lab tests and compared with other material models.
Based on the full layerwise displacement shell theory, vibration and damping characteristics of cylindrical sandwich panels are investigated. The transverse shear deformation and the normal strain are fully taken into account for structural damping modelling. Modal damping factors and frequency response functions are analyzed for various structural parameters of cylindrical sandwich beams. Present results shows that full layerwise theory can accurately predict vibration and damping characteristics of cylindrical composite panels with surface damping treatments and constrained layer damping. The viscoelastic materials depending on elevated temperature environment and exciting frequencies can be fully considered.
Aluminum foams sandwich panel (AFSP) has been used in engineering field, where cyclic loading is used in most of the applications. In this paper, the fatigue life of AFSP prepared by the bonding method was investigated through a three-point bending test. The mathematical statistics method was used to analyze the influence of different plate thicknesses and core densities on the bending fatigue life. The macroscopic fatigue failure modes and damage mechanisms were observed by scanning electron microscopy (SEM). The results indicate that panel thickness and core layer density have a significant influence on the bending fatigue life of AFSP and their dispersion. The damage mechanism of fatigue failure to cells in aluminum foam is that the initial fatigue crack begins the cell wall, the thinnest position of the cell wall or the intersection of the cell wall and the cell ridge, where stress concentrations are more likely to occur. The fatigue failure of aluminum foam core usually starts from the semi-closed unit of the lower layer, and the fatigue crack propagates layer by layer along the direction of the maximum shear stress. The results can provide a reference for the practical engineering design and application of AFSP.
Since delamination often propagates at the interfacial layer between a surface skin and a foam core, a crack arrester is proposed for the suppression of the delamination. The arrester has a semi-cylindrical shape and is arranged in the foam core and is attached to the surface skin. Here, energy release rates and complex stress intensity factors are calculated using finite element analysis. Effects of the arrester size and its elastic moduli on the crack suppressing capability are investigated. Considerable reductions of the energy release rates at the crack tip are achieved as the crack tip approached the leading edge of the crack arrester. Thus, this new concept of a crack arrester may become a promising device to suppress crack initiation and propagation of the foam core sandwich panels.
Low-velocity impact on composite sandwich panel has been investigated. For the study, a finite element program is coded using 18-node assumed strain solid element and Newmark-beta method. Contact force is calculated from a proposed modified contact low. The finite element code is verified by solving typical example. The calculated impact behavior agreed well with experimental result.
Zhao, Li-Cai;Chen, Shi-Shuenn;Xu, Yi-Peng;Tahouneh, Vahid
Steel and Composite Structures
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제38권5호
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pp.477-496
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2021
The main objective of this paper is to study vibration of sandwich open cylindrical panel with damaged core and FG face sheets based on three-dimensional theory of elasticity. The structures are made of a damaged isotropic core and two external face sheets. These skins are strengthened at the nanoscale level by randomly oriented Carbon nanotubes (CNTs) and are reinforced at the microscale stage by oriented straight fibers. These reinforcing phases are included in a polymer matrix and a three-phase approach based on the Eshelby-Mori-Tanaka scheme and on the Halpin-Tsai approach, which is developed to compute the overall mechanical properties of the composite material. Three complicated equations of motion for the panel under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. Several parametric analyses are carried out to investigate the mechanical behavior of these multi-layered structures depending on the damage features, through-the-thickness distribution and boundary conditions. It is seen that for the large amount of power-law index "P", increasing this parameter does not have significant effect on the non-dimensional natural frequency parameters of the FG sandwich curved panel. Results indicate that by increasing the value of isotropic damage parameter "D" up to the unity (fully damaged core) the frequency would tend to become zero. One can dictate the fiber variation profile through the radial direction of the sandwich panel via the amount of "P", "b" and "c" parameters. It should be noticed that with increase of volume fraction of fibers, the frequency parameter of the panels does not increase necessarily, so by considering suitable amounts of power-law index "P" and the parameters "b" and "c", one can get dynamic characteristics similar or better than the isotropic limit case for laminated FG curved panels.
The impact response and damage of CLAS panel was investigated experimentally. The facesheet material used was RO4003 woven-glass hydrocarbon/ceramic and the core material was Nomex honeycomb with a cell size of 3.2mm and a density of 96 kg/$\textrm{m}^{3}$. The shield plane used was RO4003 and 2024-T3 aluminum. Static indentation and impact test was conducted to characterize the type and extent of the damage observed in two CLAS panels, and the performance of antenna used in a wireless LAN system. Correlation of peak contact force, residual indentation and the delamination area shows impact damage of the panel with an aluminum shield plane is larger than that of the panel with RO4003 shield plane, although tile former is more penetration resistant. The damage was observed by naked eye, ultrasonic inspection and cross sectioning. The shape and size of delamination was estimated by ultrasonic inspection, and the area of delamination linearly increases as impact energy increases. The performance of impact damaged antenna was estimated by measuring return loss and radiation pattern.
본 연구는 동일한 코어재를 가지는 알루미늄과 유리섬유의 하니컴 샌드위치 판넬의 저속 충격시 발생하는 충격 거동 및 압축 실험을 통하여 압축 강도와 압축 계수를 살펴본다. 저속 충격을 받는 하니컴의 충격 거동을 살펴보기 위하여 중량 낙하식 충격 시험을 실시하며, 충격을 가한 후 데이터 분석 및 현미경을 통하여 전형적인 충격파손모드와 손상정도를 비교 평가하였다. 동일한 충격에너지일 때 유리섬유 하니컴 샌드위치 판넬이 알루미늄 하니컴 샌드위치 판넬보다 최대 하중이 높고, 탄성 에너지가 크며, 충격 강도가 높은 것을 확인할 수 있었다.
This paper was about experimental test properties by mechnical joint of CF1263/Epoxy Al honeycomb panels. In case of mechanical joint using screw, nut shall be secured over than minimize third screw pitch. In case of insert backsheet for increase of joint force, increase weight for assemble by screw pitch. In case of insert backsheet with CF1263/Epoxy, predominant save weight and minimazer of displacement by tensile weight moreover predominant strength. In case of mechanical joint by rivet, rivet of Monobolt has over-hole in hole of CF1263/Epoxy but rivet of PROTRUDING has predominant of mechanical joint.
Construction industry is one of the largest markets for composite materials. Composite materials are mostly utilized as surface coatings or concrete reinforcements, and they can hardly be found as a load bearing member in buildings. The three-dimensional composite structures with considerable bending, compressive and shear strengths are capable to be used as construction load bearing members. However, these composites cannot compete with other materials due to higher manufacturing costs. If the cost issue is resolved or their excellent performance is taken into consideration to overcome disadvantages related to economic-competitive challenges, these 3D composites can significantly reduce the construction time and result in lighter and safer buildings. Sandwich composite panels reinforced with 3D woven glass fabrics are amongst composites with highest bending strength. The current study investigates the possibility of utilizing these composite materials to construct ceilings and their application as slabs. One-to-one scale experimental loading of these composite panels shows a remarkable bending strength. Simulation results using ABAQUS software, also indicate that theoretical predictions of bending behavior of these panels are in good agreement with the observed experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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