Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.1
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pp.9-19
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1989
The impact stress and wave propagation of graphite/epoxy and glass/epoxy laminates subjected to the transverse low-velocity impact of steel balls are investigated theoretically. A plate finite element model based on Whitney and Pagano's theory for the analysis of heterogeneous and anisotropic plates taking into account of the transverse shear deformation is used for the theoretical investigation. This model is in conjuction with static contact laws. The basic element is a four-node quadrilateral with the five degrees-of-freedom per node. The reduced integration technique is used for shear locking associated with low-order function in application to thin plates. These two materials are composed of [0.deg./45.deg./0.deg./-45.deg./0.deg.]$_{2S}$ and [90.deg./45.deg./90.deg./-45.deg./90.deg.]$_{2S}$ stacking sequences and have clamped-clamped boundary conditions. Finally, the present results are compared with an existing solution and wave propagation theory and then impact stress and wave propagation phenomena are investigated.gated.
In current study, for the first time, Nonlinear Bending of a skew microplate made of a laminated composite strengthened with graphene nanosheets is investigated. A mixture of mechanical and thermal stresses is applied to the plate, and the reaction is analyzed using the First Shear Deformation Theory (FSDT). Since different percentages of graphene sheets are included in the multilayer structure of the composite, the characteristics of the composite are functionally graded throughout its thickness. Halpin-Tsai models are used to characterize mechanical qualities, whereas Schapery models are used to characterize thermal properties. The microplate's non-linear strain is first calculated by calculating the plate shear deformation and using the Green-Lagrange tensor and von Karman assumptions. Then the elements of the Couple and Cauchy stress tensors using the Modified Coupled Stress Theory (MCST) are derived. Next, using the Hamilton Principle, the microplate's governing equations and associated boundary conditions are calculated. The nonlinear differential equations are linearized by utilizing auxiliary variables in the nonlinear solution by applying the Frechet approach. The linearized equations are rectified via an iterative loop to precisely solve the problem. For this, the Differential Quadrature Method (DQM) is utilized, and the outcomes are shown for the basic support boundary condition. To ascertain the maximum values of microplate deflection for a range of circumstances-such as skew angles, volume fractions, configurations, temperatures, and length scales-a parametric analysis is carried out. To shed light on how the microplate behaves in these various circumstances, the resulting results are analyzed.
In this study, when the carbon fiber composite was manufactured, the correlation between the porosity and mechanical properties according to the number of glass fiber felts laminated together and the stacking sequence was confirmed. The carbon fiber composite was manufactured by stacking glass fiber felts, which are highly permeable materials, and using vacuum assisted resin transfer molding (VARTM). Porosity was measured by photographing the cross-section of the specimen with an optical microscope and then using porosity calculation code of MATLAB, and mechanical properties were measured for tensile strength, modulus by tensile test. Furthermore, Pearson correlation coefficient between porosity and mechanical properties was calculated to confirm the correlation between two variables. As a result, the number of glass fiber felt increased and the distance from the center of laminated composites increased, the porosity increasing were confirmed. In addition, tensile strength/modulus showed a weak positive correlation with porosity. Also, in order to confirm the effect of only porosity on tensile strength and modulus, mechanical properties calculated by CLPT (Classical Laminate Plate Theory) and experimental values were compared, and the difference in tensile strength showed a strong positive correlation with porosity and the difference in modulus showed a weak positive correlation with porosity.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.4
s.74
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pp.407-418
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2006
In this paper, an efficient yet accurate stress analysis based on the first-order shear deformation theory (FSDT) is presented. The transverse shear strain energy is modified via the mixed variational theorem, so that the shear correction factors are automatically involved in the formulation. In the mixed variational formulation, the transverse stresses are taken to be functions subject to variations. The transverse shear stresses based on an efficient higher order plate theory (EHOPT, Cho and Parmerter, 1993) are utilized and modified, while the transverse normal stress is assumed to be the third-order polynomial of thickness coordinates, which satisfies both zero transverse shear stresses and prescribed surface fractions in top and bottom surfaces. On the other hand, the displacements are assumed to be those of the FSDT Resulting strain energy expressions are referred to as an EFSDTM3D that stands for an enhanced first-order shear deformation theory based on the mixed formulation for three dimensional elasticity, The developed EFSDTM3D preserves the computational advantage of the classical FSDT while allowing for important local through-the-thickness variations of displacements and stresses through the recovery procedure that is based on the least square minimization of in-plane stresses. Comparisons of displacements and stresses of both laminated and sandwich plates using the present theory are made with the classical FSDT, three-dimensional exact solutions, and available data in the literature.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.15
no.1
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pp.93-100
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2012
In this paper, the deterministic optimal design for the tail plane made of composite materials is conducted under the deterministic loading condition and compared with that of the metallic materials. Next, the reliability analysis with five random variables such as loading and material properties of unidirectional prepreg is conducted to examine the probability of failure for the deterministic optimal design results. The MATLAB programing is used for reliability analysis combined with FEA S/W(COMSOL) for structural analysis. The laminated composite is assumed to the equivalent orthotropic material using classical laminated plate theory. The response surface methodology and importance sampling technique are adopted to reduce computational cost with satisfying the accuracy in reliability analysis. As a result, structural weight of composite materials is lighter than that of metals in deterministic optimal design. However, the probability of failure for the deterministic optimal design of the tail plane structures is too high to be neglected. The sensitivity of each variable is also estimated using probabilistic sensitivity analysis to figure out which variables are sensitive to failure. The computational cost is considerably reduced when response surface methodology and importance sampling technique are used. The study of the computationally inexpensive method for reliability-based design optimization will be necessary in further work.
This study deals with thegeometrical nonlinear dynamic behavior of laminated plates made of advanced composite materials (ACMs), which contain central cutouts. Based on the first-order shear deformation plate theory (FSDT), the Newmark method and Newton-Raphson iteration wereused for the nonlinear dynamic solution. The effects of the cutout sizes and lay-up sequences on the nonlinear dynamic response for various parameters werestudied using a nonlinear dynamic finite element program that was developed for this study. The several numerical results agreed well with those reported by other investigators for square composite plates with or without central cutouts, and the new results reported in this paper showed significant interactions between the cutout and the layup sequence in the laminate. Key observation points are discussed and a brief design guide for laminates with central cutouts is given.
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.
Park, Moon Ho;Jin, Yoshimura;Takashi, Mikami;Park, Sung Jin
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.11
no.4
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pp.37-44
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1991
A powerful analytical procedure and strain energy analysis to investigate the free vibration of antisymmetric cross-ply laminated plates, having one pair of opposite edges simply supported, are develped on the basis of the Yang, Norris abd Stavsky (YSN) theory. The equation of motion of the plate are solved by the use of collation method. A range of results are presented for plates to show the effects of modulus ratio and number of layers on natural frequency. In addition, an analysis of the strain energy distributions is used as an aid for the better understanding of the vibration characteristics of the plates.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.1
no.3
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pp.1-9
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2010
In this paper, we used various shear deformation functions for modelling isotropic, symmetric composite and sandwich plates discretized by a mixed finite element method based on the Lagrangian/Hermite interpolation functions. These shear deformation theories uses polynomial, trigonometric, hyperbolic and exponential functions through the thickness direction, allowing for zero transverse shear stresses at the top and bottom surfaces of the plate. All shear deformation functions are compared with other available analytical/3D elasticity solutions, are predicted the reasonable accuracy for investigated problems. Particularly, The present results show that the use of exponential shear deformation theory (Karama et al. 2003; Aydogu 2009) provides very good solutions for composite and sandwich plates.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.10a
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pp.286-289
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2004
This paper presents the fatigue characteristics of LIPCA (LIghtweight Piezo-Composite Actuator) device system. The LIPCA device system is composed of a piezoelectric ceramic layer and fiber reinforced lightweight composite layers. Typically a PZT ceramic layer is sandwiched by a top fiber layer with low CTE (coefficient of thermal expansion) and base layers with high CTE. The advantages of the LIPCA design are weight reduction by using the lightweight fiber reinforced plastic layers without compromising the generation of high force and large displacement and design flexibility by selecting the fiber direction and the size of prepreg layers. To predict the degradation of actuation performance of LIPCA due to fatigue, the cyclic electric loading tests using PZT specimens were performed and the strain for a given excitation voltage was measured during the test. The results from the PZT fatigue test were implemented into CLPT (Classical Laminated Plate Theory) model to predict the degradation of LIPCA's actuation displacement. The fatigue characteristic of PZT was measured using a test system composed of a supporting jig, a high voltage power supplier, data acquisition board, PC, and evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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