When a complex load such as torsion, low-speed impact, or fatigue load is applied, the properties in the thickness direction are weakened through microcracks inside the material due to the nature of the laminated composite material, and delamination occurs. To prevent the interlaminar delamination, various three-dimensional reinforcement methods such as Z-pinning and stitching, and structural health monitoring techniques that detect the microcrack of structures in real time have been continuously studied. In this paper, the single-lap joints with I-fiber stitching process were manufactured by a co-curing method and their strengths and failure detection capability were evaluated. AE and electric resistance method were used for detection of crack and failure signal and electric circuit for signal analysis was manufactured, and failure signal was analyzed during the tensile test of a single-lap joint. From the experiment, the strength of the single lap joint reinforced by I-fiber stitching process was improved by about 44.6% compared to the co-cured single lap joint without reinforcement. In addition, as the single-lap joint reinforced by I-fiber stitching process can detect failure in both the electrical resistance method and the AE method, it has been proven to be an effective structure for failure monitoring as well as strength improvement.
Jo, Kwang-Hoon;Klapper, Vinzenz;Kim, Hyeon-Woo;Lee, Jeong-Woon;Han, Joong-Won;Byun, Joon-Hyung;Joe, Chee-Ryong
Composites Research
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v.32
no.1
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pp.65-70
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2019
The aircraft composites wing parts are usually integrated with adhesive or fastener. These laminated composites have weak interlaminar strength, which can lead to delamination. In order to compensate the disadvantages of laminated composites, it is possible to improve the strength, durability, shock and fatigue resistance by reinforcing the fiber in the thickness direction. In addition, using a single structure near-net-shape saves the manufacturing time and the number of fasteners, thus can reduce the overall cost of the composite parts. In this study, compression test, tensile test and open-hole tensile test are carried out for three structural architecture of 3D (three-dimensional) textile preforms: orthogonal(ORT), layer-to-layer(LTL) and through-the-thickness(TTT) patterns. Among these, the orthogonal textile composite shows the highest Young's modulus and strength in tensile and compression. The notch sensitivity of the orthogonal textile composite was the smallest as compared with UD (unidirectional) and 2D (two-dimensional) fabric laminates.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2002.05a
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pp.29-34
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2002
[ $Nb/MoSi_2-ZrO_2$ ] laminate composites have been successfully fabricated by alternately stacking $MoSi_2-ZrO_2$ powder layer and Nb sheet, followed by hot pressing in a graphite mould. The fabricating parameters were selected as hot press temperatures. The instrumented Charpy impact test was carried out at the room temperature in order to investigate the relationship between impact properties and fabricating temperatures. The interfacial shear strength between $MoSi_2-ZrO_2$ and Nb, which is associated with the fabricating temperature and the growth of interfacial reaction layer, is also discussed. The plastic deformation of Nb sheet and the interfacial delamination were macroscopically observed. The $Nb/MoSi_2-ZrO_2$ laminate composites had the maximum impact value when fabricated at 1623K, accompanying the increase of fracture displacement and crack propagation energy. The interfacial shear strength of $Nb/MoSi_2-ZrO_2$ laminate composites increased with the growth of interfacial reaction layer, which resulted from the increase of fabricating temperature. there is an appropriate interfacial shear strength for the enhancement of impact value of $Nb/MoSi_2-ZrO_2$ laminate composites. A large increase of interfacial shear strength restrains the plastic deformation of Nb sheet.
The flexural strength of $MoSi_2$ based composites reinforced with Nb sheets has been investigated, based on the detailed examination of their microstructure and fractured surface. Both sintered density and porosity of Nb/$MoSi_2$ composites were also examined. Nb/$MoSi_2$ composites were fabricated by different conditions such as temperature, applied pressure and its holding time, using a hot-press device. The volume fraction of Nb sheet in this composite system was fixed as 10%. The characterization of Nb/$MoSi_2$ composites were investigated by means of optical microscopy, scanning electron microscope and three point bending test. Nb/$MoSi_2$ composites represented a dense morphology at the interfacial region, accompanying the creation of two types of reaction layer by the chemical reaction of Nb and $MoSi_2$. Nb/$MoSi_2$ composites possessed an excellent density at the fabricating temperature of $1350^{\circ}C$, corresponded to about 95% of theoretical density. The flexural strength of Nb/$MoSi_2$ romposites were greatly affected by the pressure holding time at the same fabricating temperature, owing to the large suppression of porosity in the microstructure. Especially, Nb/$MoSi_2$ composites represented a good flexural strength of about 310 MPa at the fabricating condition of $1350^{\circ}C$, 30MPa and 60min, accompanying the pseudo-ductile fracture behavior by the deformation of Nb sheet and the interfacial delamination.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.939-941
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2017
The use of composites is increasing for lightweight aerospace structures. Among these structures, the ring frame and the parts of the projectile body are mainly made of a fiber reinforced composite material which is less susceptible such as delamination to structural damage. As the use of fiber reinforced composites increases, interest in modeling efficient methods of stiffness and strength is increasing. This paper predict the mechanical strength according to the repeating unit cell(RUC) of the 2-D triaxial braided composites of fiber reinforced composites. Yarn slice definition, incremental approach and stiffness reduction model were used as strength prediction. Finally, the results of strength prediction are verified by comparing with experimental data of 2-D triaxial braided composites specimens.
The effect of structure size on the nominal strength of unidirectional fiber-polymer composites, failing by propagation of a kink band with fiber microbuckling, is analyzed experimentally and theoretically. Tests of novel geometrically similar carbon-PEEK specimens, with notches slanted so as to lead to a pure kink band (without shear or splitting cracks), are conducted. The specimens are rectangular strips of widths 15.875, 31.75. and 63.5 mm (0.625, 1.25 and 2.5 in and gage lengths 39.7, 79.375 and 158.75 mm (1.563, 3.125 and 6.25 in.). They reveal the existence of a strong (deterministic. non-statistical) size effect. The doubly logarithmic plot of the nominal strength (load divided by size and thickness) versus the characteristic size agrees with the approximate size effect law proposed for quasibrittle failures in 1983 by Bazant This law represents a gradual transition from a horizontal asymptote, representing the case of no size effect (characteristic of plasticity or strength criteria), to an asymptote of slope -1/2 (characteristic of linear elastic fracture mechanics. LEFM) . The size effect law for notched specimens permits easy identification of the fracture energy of the kink bandand the length of the fracture process zone at the front of the band solely from the measurements of maximum loads. Optimum fits of the test results by the size effect law are obtained, and the size effect law parameters are then used to identify the material fracture characteristics, Particularly the fracture energy and the effective length of the fracture process zone. The results suggest that composite size effect must be considered in strengthening existing concrete structural members such as bridge columns and beams using a composite retrofitting technique.
Kim, Yun-Hae;Kim, Kook-Jin;Han, Joong-Won;Jo, Young-Dae;Bae, Sung-Youl;Moon, Kyoung-Man
Composites Research
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v.21
no.2
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pp.8-14
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2008
Decrease of strength in composite material is generally caused by water absorption. It makes fracture of material, and loss of money or human lives. The objective of this study is to investigate the causes of decrease in strength by water absorption. Mechanism of water absorption was supposed as three steps. This mechanism is consisted of absorption into resin, absorption between resin and surface treatment agent, and delamination between fiber and resin. Conditions of test were supplied differently; kinds of fiber and resin, immersion time etc. Both of reversible reaction and irreversible reaction occurred simultaneously. Most of decrease in strength was finished at 2.5% water absorption, and the strength was recovered. At 4% water absorption, most of decrease was caused by irreversible reaction, therefore, there was a tendency not to be recovered in strength.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.12
no.2
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pp.115-133
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2011
Fiber reinforced polymer composites (FRPs) are being increasingly used for a wide range of engineering applications owing to their high specific strength and stiffness. However, their through-the-thickness performance lacks some of the most demanding physical and mechanical property requirements for structural applications, such as aerospace vehicles and military components. Carbon nanotubes (CNTs) and carbon nanofibers (CNFs), due to their excellent mechanical, thermal and electrical properties, offer great promise to improve the weak properties in the thickness direction and impart multi-functionality without substantial weight addition to FRPs. This paper reviews the progress made to date on i) the techniques developed for integration of CNTs/ CNFs into FRPs, and ii) the effects of the addition of these nanofillers on the interlaminar properties, such as such interlaminar shear strength, interlaminar fracture toughness and impact damage resistance and tolerance, of FRPs. The key challenges and future prospects in the development of multiscale CNT-FRP composites for advanced applications are also highlighted.
Seo, Do-Won;Kim, Hak-Kun;Song, Jun-Hee;Lim, Jae-Kyoo;Park, Chan-Gyung
Proceedings of the KSME Conference
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2000.04a
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pp.121-126
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2000
Metal/Ceramic structures have many attractive properties, with great potential for applications that demand high stiffness, as well as chemical and biological stability, thermal and electrical insulation. They are currently in use for mechanical and thermal protection in cutting tool and engine parts. With all their great advantage, ceramics suffer from one major problem they are brittle, and are especially susceptible to cracking from surface contacts. Delamination at the interfaces with adjacent layers is a particularly disturbing problem, and can cause premature failure of a composite system. so determination of adhesive properties of coating is one of the most important problems for the extension of the use of coated materials. In this work, mechanical characteristics of Interface of ceramic/Metal composites are evaluated by means of hardness test, indentation test apparent interfacial toughness and bonding strength test. The interface indentation test provides a relation between the applied load(P) and the length of the crack(a) created at the interface between the coating and the substrate.
The wear properties of the alumina short fiber reinforced tin-bronze matrix composites manufactured by hot pressing was studied at the room temperature and $350^{\circ}C.$ The wear loss of various specimens having different constituent and different density was examined by a pin-on-disc type wear testing machine. The results were discussed by the observation of the worn surface morphology and the analysis of the composition on the worn surfaces. Since the reinforced effect of the alumina fiber on the wear resistance was dependent on the strength of alloy matrix, the pressureless sintered composites having a lower matrix strength showed a marked increase in wear resistance by the fiber reinforcement. As the wear condition became severe, the fiber reinforcement was more effective. The delamination on the wear surface was observed in the pressureless sintered specimens having pores which are related to the initiation and the propagation of cracks. However, the wear mechanism acting on a big failure area was not found on the wear surfaces of the hot pressed specimens having a few pores.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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