A simplified method for determining the three mode(I, II, III) components of the strain energy release rate of free-edge delaminations in composite laminates is proposed. The interlaminar stresses are evaluated using the interface moment and the interface shear forces which are obtained from the equilibrium equations at the interface between the adjacent layers. Deformation of an edge-delaminated laminate is analysed by using a generalized quasi-three dimensional classical laminated plate theory. The analysis provides closed-form expression for the three components of the strain energy release rate. The analyses are performed for composite laminates subjected to uniaxial tension, with free-edge delaminations located symmetrically and asymmetrically with respect to the laminate midplane. The analysis results agreed with a finite element solution using the virtual crack closure technique.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2010.04a
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pp.729-732
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2010
본 논문에서는 이산 변수 최적화에 적합한 유전 알고리듬을 이용하여 복합재 적층 패치의 최적강도설계를 수행하였다. 기저판(substrate)와 접착제(adhesive), 그리고 복합재 적층 패치로 이루어진 구조물에서 패치의 강도를 효율적으로 구하기 위해서 응력 함수 기반의 해석적 방법을 도입하였다. 면외 방향의 응력 함수를 가정하여 가상 공액일의 법칙(complementary virtual work principle)에 적용하였으며, 복합재 패치의 자유 경계조건으로부터 면내 방향의 응력함수를 결정하였다. 응력 함수를 통하여 구한 층간 응력 값은 자유 경계 효과를 잘 나타내었고, 이를 이용하여 패치의 강도 해석을 수행하였다. 강도 해석 시, 복합재 패치의 파괴 기준은 면내 응력들에 대해서는 최대 응력 척도를 사용하였으며, 층간 응력들에 대해서는 quadratic delamination 척도를 사용하였다. 유전 알고리듬을 이용한 최적강도설계 과정에서는 임의의 염색체가 주어진 적층 구속 조건을 만족할 수 있게 수정(repairing)하는 과정을 도입하였다. 또한 다수의 전역해(global optima)를 효과적으로 찾기 위해서 multiple elitism 기법을 도입하였다. 응력 함수 기반의 강도 해석방법과 유전 알고리듬과의 연계를 통한 복합재 적층 패치의 강도최적설계 기법은 패치 구조물의 해석 및 설계에 있어서 효율적인 도구로서 사용할 수 있을 것이라 사료된다.
Cutouts are often provided in structural and aircraft components for ventilation, for access, inspection, electric lines and fuel lines or sometimes to lighten the structure. This paper addresses the effects of cutout shape (i.e., circular, square, diamond, elliptical-vertical and elliptical-horizontal) and size on buckling and postbuckling response of quasi-isotropic (i.e., $(+45/-45/0/90)_{2s}$) composite laminate under uni-axial compression. The finite element method is used to carry out the investigation. The formulation is based on first order shear deformation theory and von Karman's assumptions are used to incorporate geometric nonlinearity. The 3-D Tsai-Hill criterion is used to predict the failure of a lamina while the onset of delamination is predicted by the interlaminar failure criterion. It is observed that for the smaller size cutout area there is no significant effect of cutout shape on load-deflection response of the laminate. It is also concluded that the cutout size has substantial influence on the buckling and postbuckling response of the laminate with elliptical-horizontal cutout, while this effect is observed to be the least in case of laminate with elliptical-vertical cutout.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.11
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pp.98-109
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1995
An investigation was performed to study the inner damage of laminated composite plates subjected to out-of-plane load. During the investigation, inpact velocity and equivalent static load relationship was derived. Reddy's higher-order shear deformation theory(HSDT) and Hashin's failure criteria were used to determine inner stresses and damaged area. And impact testing was carried out on laminated composite plates by air gun type impact testing machine. The CFRP specimens were composed of [ .+-. 45 .deg. ]$_{4}$and [ .+-. 45 .deg. /0 .deg. /90 .deg. ]$_{2}$ stacking sequences with 0.75$^{t}$ * 26$^{w}$ * 100$^{l}$ (mm) dimension. After impact testing. As a result, a relationship holds between damaged area and impact energy, and a matrix cracking was caused by the interlaminar shear stress in the middle ply and was caused by the inplane transverse stress in the bottom ply.
Cha, Jaemin;Kim, Jun Hui;Ryu, Ho Jin;Hong, Soon H.
Composites Research
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v.30
no.5
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pp.316-322
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2017
Carbon fiber is a material with excellent mechanical, electrical and thermal properties, which is widely used as a composite material made of a polymer matrix. However, this composite material has a weak point of interlaminar delamination due to weak interfacial bond with polymer matrix compared with high strength and elasticity of carbon fiber. In order to solve this problem, it is essential to use reinforcements. Due to excellent mechanical properties, graphene have been expected to have large improvement in physical properties as a reinforcing material. However, the aggregation of graphene and the weak interfacial bonding have resulted in failure to properly implement reinforcement effect. In order to solve this problems, dispersibility will be improved. In this study, functionalization of graphene nanoplatelet was proceeded with melamine and mixed with epoxy polymer matrix. The carbon fiber reinforced polymer composites were fabricated using the prepared graphene nanoplatelet/epoxy and flexural properties and interlaminar shear strength were measured. As a result, it was confirmed that the dispersibility of graphene nanoplatelet was improved and the mechanical properties of the composite material were increased.
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.
Kim, Kyungcheol;Kim, Taeeun;Lee, JungKoo;Ahn, Jiwoong;Park, Sungho;Kim, Hyungman
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.11
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pp.885-890
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2015
Nanomaterials possess unique mechanical, physical, and chemical properties. They are small, and have an ultrahigh surface area, making them suitable for air filter applications. Electrospinning has been recognized as an efficient technique for fabricating polymer nanofibers. In order to determine the optimum manufacturing conditions, the effects of several electrospinning process parameters on the diameter, orientation, and distribution of polyacrylonitrile (PAN) nanofiber are analyzed. To improve interlaminar fracture toughness and suppress delamination in the form of laminated non-woven fibers by using a heat roller, the performances of filter efficiency and pressure drop achieved with PAN nanofiber air filter are evaluated experimentally.
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