The studies on the non-destructive testing methods of the composite materials are very important for improving their reliability and safety. AE(Acoustic Emission) can evaluate the defects by detecting the emitting strain energy when elastic waves are generated by the generation and growth of a crack, plastic deformation, fiber breakage, matrix cleavage or delamination. In this paper, the AE signals of the filament wound composite cylinder and sandwich cylinder during the pressure test were measured and analyzed. The signal characteristics of PVDF sensors were measured, and an AE signal analyzer which had the band-pass filter and L-C resonance filter were designed and fabricated. Also, the crack detection capability of the fabricated AE signal analyzer wes evaluated during the pressure tests of the filament wound composite cylinder and the sandwich cylinder.
Composite pressure vessels with HDPE (high density polyethlyne) liner with metal boss at each end were developed by Filament Winding Process. The vessel is composed of a dome-shaped part at each end and a cylinder-shaped part at the middle of the vessel. The environmental tests carried out for possible vessel materials such as High Density Polyethlyn (HDPE), resins and reinforcing fibers up to a year showed no significant damages. The boss was designed to minimize the gas leak which was verified by FEM analysis. Most ideal fiber tension was obtained by experimental method and the fiber volume fraction, $\textrm{V}_{f}$, obtained by image analyzer were 55.4 % in cylinder and 55.6 % in dome parts, respectively. Winding pattern is programmed to control the composite thickness in the dome areas such that the failure of the vessel may occur in the cylinder. During the cure, the vessel was rotated and a constant internal pressure of 0.62 bar was applied. From this, the vessel's burst pressure is improved by 28 %. The burst and fatigue tests for under-wound and fully wound vessel showed satisfactory results.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.04a
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pp.49-52
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2000
A new composite manufacturing technique which combines winding and curing together is studied and analyzed. This method is especially suited to the manufacture of thick composite materials in which thermal spiking is a common problem. An experimental apparatus was designed and built for use with a filament winder to continuously cure a thick composite cylinder. A hoop-wound composite cylinder with 152 mm wall thickness was manufactured and embedded thermocouples and strain gages were monitored throughout the cure process. The experimental data were compared with analytical results.
Kim, Ji-Seon;Lee, Gyeong-Chan;Kweon, Jin-Hwe;Cho, Jin-Ho;Cho, Jong-Rae;Cho, Sang-Rae;Cho, Yoon-Sik
Composites Research
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v.24
no.4
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pp.17-22
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2011
In this paper, as a basic research to apply the composite sandwich to underwater vehicle, the manufacturing, analysis and test methods, and weight saving effect of a composite sandwich cylinder under external pressure were studied. A two-step manufacturing method to prevent the wrinkling of the sandwich cylinder face was proposed and the three cylinders were made and tested. Finite element results based on the shell and solid model using MSC.Nastran were compared with test results. The comparison showed that the linear finite element analysis using the shell and solid elements can predict the buckling pressure of the sandwich cylinder with approximately 3% difference. The parametric study of the filament wound cylinders revealed that the composite sandwich can reduce the weight of the cylinder more than 30% compared with the filament wound cylinder supporting the same pressure.
A cure process control model was proposed to optimize the curing process of thick filament wound structure. There are two types of smart cure, one is that the boundary conditions of the hollow cylinder are same between inner surface and outer surface, and the other is that inner surface temperature is slightly higher than outer surface to initiate cure reaction from the inner side to the outer side to reduce residual stress.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.10-14
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2002
Structural behavior of high-pressure composite vessels of TYPE 3 (full-wrapped over a seamless aluminum liner) was studied through numerical simulations based on 3D nonlinear finite element method. Under high-pressure loading, a TYPE 3 composite vessel shows material nonlinearity due to elastic-plastic deformation of aluminum liner, and mismatch of deformation at the junction of cylinder and dome causes geometrical nonlinearity. Finite element modeling and analysis technique considering this nonlinearity was presented, and a pressure vessel of 6.8L of internal volume was analyzed. Design specification to satisfy requirements was determined based on analysis results.
In manufacturing process of composite cylinders with metal liner, the autofrettage process which induces compressive residual stress on the liner to improve cycling life can be applied. In this study, a finite element analysis technique is presented, which can predict accurately the compressive residual stress on the liner induced by autofrettage and stress behavior after. Material and geometrical non-linearity is considered in the finite element analysis, and the Von-Mises stress of a liner is introduced as a key parameter that determines pressure cycling life of composite cylinders. Presented methodology is verified through fatigue test of liner material and pressure cycling test of composite cylinders.
A hydraulic test on a filament wound case of Kick-Motor was conducted to evaluate the structural stiffness degradation and to confirm the burst performance. Failure criteria have been defined with bursting above 150% of MEOP(Maximum Expected Operation Pressure) and failure in the cylinder. The analysis result showed that filament fiber in the cylinder should be broken at about 2088psig. From a hydraulic test it has been verified that composite case meets the failure requirements, and that the stiffness does not decrease even after a year since the manufacturing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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