This study was carried out to investigate whether adhesive used in manufacturing glulam can be used to bond wood and GFRP, when considering working process and economical efficiency. The six different glulams were manufactured, changing the adhesives and the mixing ratios of the adhesives, and investigated by the block shear test and the delamination of the water soaking or boiling water soaking. The three glulams were manufactured, using the resocinol resin based adhesive, the PVAc resin based adhesive and the epoxy resin adhesive, and the other three glulams, using the adhesives mixing resocinol resin and PVAc resin. The block shear strength is higher than $7.1N/mm^2$ in all types, which is standard of KS F3021. However, in the wood failure the block shear strength was the highest as 65.9% in the PVAc. The delamination of glulams glued with PVAc adhesive, which was 1.08% in water soaking and 4.16% in boiling water soaking, was lower than 5.00% which is the standard of KS F 3021, and the adhesive strength is good. In glulams glued with only resocinol resin adhesive, the wood layers were good as 1.26% in the water soaking delamination and 0.00% in the boiling water soaking delamination. The GFRP layers were not good as 21.85% in the water soaking delamination but were good as 1.45% in the boiling water soaking delamination.
To analyze the interfacial property between the fiber and the matrix, work of adhesion was used generally that was calculated by surface energies. In this paper, it was determined what types of contact angle measurement methods were more accurate between static and dynamic contact angle measurements. 4 types of glass fiber and epoxy resin were used each other to measure the contact angle. The contact angle was measured using two types, static and dynamic contact angle methods, and work of adhesion, Wa was calculated to compare interfacial properties. The interfacial property was evaluated using microdroplet pull-out test. Generally, the interfacial property was proportional to work of adhesion. In the case of static contact angle, however, work of adhesion was not consistent with interfacial property. It is because that dynamic contact angle measurement comparing to static contact angle could delete the error due to microdroplet size to minimize the surface area as well as the meniscus measuring error.
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.
In this paper, we have studied the complex permittivities and their influence on the design of microwave absorbers of E-glass fabric/epoxy composite laminates containing three different types of carbon-based nano conductive fillers such as carbon black (CB), carbon nano fiber (CNF) and multi-wall nano tube (MWNT). The measurements were performed fur permittivities at the frequency band of 0.5 GHz$\sim$18.0 GHz using a vector network analyzer with a 7 mm coaxial air line. The experimental results show that the complex permittivities of the composites depend strongly on the natures and concentrations of the conductive fillers. The real and imaginary parts of the complex permittivities of the composites were proportional to the filler concentrations. But, depending on the types of fillers and frequency band, the increasing rates of the real and imaginary parts with respect to the filler concentrations were all different. These different rates can have an effect on the thickness in designing the single layer microwave absorbers. The effect of the different rates at 10 GHz was examined by using Cole-Cole plot; the plot is composed of a single layer absorber solution line and measured permittivities from these three types of composites. Single layer absorbers of 3 different thicknesses using carbon nano materials were fabricated and the -10 dB band of absorbing performances were all about 3 GHz.
Seung Yun Rhee;Kwangsoo Kim;Young-Ha Yoon;Moo-Keun Yi;Hee Chul Kim
Composites Research
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v.36
no.2
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pp.132-139
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2023
A linerless composite propellant tank was designed and manufactured by using the carbon fiber-reinforced composite materials which have superior strength-to-weight ratio in order to reduce weight of the tank. In this research, we designed a sub-scale composite propellant tank with a diameter of 800 mm to withstand an MEOP of 1.7 MPa. We manufactured the boss of the tank by using the same composite materials to reduce the thermal expansion difference between the boss and the secondary-bonded composite layers of the barrel in the cryogenic environment. We used the collapsible mandrel to manufacture the tank without any liner. The mandrel was made from epoxy-based composite tooling prepregs to reduce weight of the mandrel. We manufactured the test tanks by laying up the carbon fiber fabric prepregs manually on the mandrel and then applying the autoclave cure process. We performed a proof test, a helium tightness test, a repeated pressurization test, and a burst test in room temperature. The test results demonstrate that the proposed design and manufacture process satisfies all strength requirements as well as an anti-leakage requirement.
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.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.1A
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pp.11-18
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2012
This paper deals with the numerical determination of the stress intensity factors of cracked aluminum plates under the mixed mode of $K_I$ and $K_{II}$ in glass-epoxy fiber reinforced composites. For the stress intensity factors, two different models are reviewed such as VCCT and two-step extension method. The p-convergent partial layerwise model is adopted to determine the fracture parameters in terms of energy release rates and stress intensity factors. The p-convergent approach is based on the concept of subparametric element. In assumed displacement field, strain-displacement relations and 3-D constitutive equations of a layer are obtained by combination of 2-D and 1-D higher-order shape functions. In the elements, Lobatto shape functions and Gauss-Lobatto technique are employed to interpolate displacement fields and to implement numerical quadrature. Using the models and techniques considered, effects of composite laminate configuration according to inclined angles and adhesive properties on the performance of bonded composite patch are investigated. In addition to these, the out-of-plane bending effect has been investigated across the thickness of patch repaired laminate plates due to the change of neutral axis. The present model provides accuracy and simplicity in terms of stress intensity factors, stress distribution, number of degrees of freedom, and energy release rates as compared with previous works in literatures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.2
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pp.265-270
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2013
Strength design for a lightweight bicycle frame made of carbon/epoxy composite laminates was studied using Tsai-Wu's failure criterion. For the design of bicycle frames, reducing the weight of the frame is of great importance. Furthermore, the frame should satisfy the required strength under specific loading cases. In accordance with the European EN 14764 standard for bicycle frames, three loading cases-pedaling, vertical, and level loadings-were investigated in this study. Because of the anisotropic characteristics of composite materials, it is important to decide the appropriate stacking sequence and the number of layers to be used in the composite bicycle frame. From finite element analysis results, the most suitable stacking sequence of the fiber orientation and the number of layers were determined. The stacking sequences of $[0]_{8n}$, $[90]_{8n}$, $[0/90]_{2ns}$, $[{\pm}45]_{2ns}$, $[0/{\pm}45/90]_{ns}$ (n = 1, 2, 3, 4) were used in the analysis. The results indicated that the $[0/{\pm}45/90]_{3s}$ lay-up model was suitable for a composite bicycle frame. Furthermore, the weakest point and layer were investigated.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.8
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pp.913-920
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2011
We describe the evaluation of the fatigue life and strength of a lightweight railway bogie frame made of glass fiber/epoxy 4-harness satin-woven composites. To obtain the S-N curve for the evaluation of the fatigue characteristics of the composite bogie frame, we performed a tension-compression fatigue test for composite specimens with different stacking sequences of the warp direction, fill direction, and $0^{\circ}/90^^{\circ}$ direction. We used a stress ratio (R) of -1, a frequency of 5 Hz, and an endurance limit of $10^7$. The fatigue strength of the composite bogie frame was evaluated by a Goodman diagram according to JIS E 4207. The results show that the fatigue life and strength of the lightweight composite bogie satisfy the requirements of JIS E 4207. Given its weight, its performance was better than that of a conventional metal bogie frame based on an SM490A steel material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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