Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.05a
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pp.203-206
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2002
The present study proposes a theoretical model for predicting the matrix crack density growth of each layer in composite laminates subjected to thermo-mechanical loads. Each layer with matrix cracks is treated as an equivalent continuum of degraded elastic stiffnesses which are functions of the matrix crack density in each slyer. The energy release rate as a function of the degraded elastic stiffnesses is then calculated for each layer as functions of thermo-mechanical loads externally applied to the laminate. The matrix crack densities of each layer in general laminates are predicted as functions of the thermo-mechanical loads applied to a number of laminates. Comparisons of the present study with experimental data in the open literatures are also provided.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.6
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pp.971-980
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1997
This study is to investigate the stiffness degradation of a composite laminated panel including transverse matrix cracks subjected to bending and twisting moments. Micromechanics theory on the composite material is derived by introducing crack density. Iterative numerical scheme is developed to calculate the degraded composite stiffness which has nonlinear relation due to the crack density. The finite element method is used for structural analysis of the composite panel. Structural responses of the composite panel are examined for various laminated angles and crack density under the bending and twisting moments. Also, the effect of crack opening and closing is considered in the examination. It is realized that the matrix cracks may cause severe stiffness reduction and should be considered in the composite laminated panel.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.10
no.6
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pp.109-115
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2001
This paper investigates the mechanical characteristics of angle-ply laminates with non-woven carbon tissue. The lami- nates were made by inserting non-woven carbon tissue at the interface. Specimens were rounded near the tabs by grinding and polishing to reduce the stress concentration. Cyclic loads were applied to the specimens and the stress and fatigue life curves were obtained. The matrix crack density was also evaluated to check the effects of non-woven carbon tissue on the fracture resistance of composite laminates. C-Sean technique was used to evaluate the delamination, and SEM was used to understand the fracture mechanisms of the laminates. Experimental results show that the fatigue strength and life of composite laminates were increased by inserting non- woven carbon tissues. The results also show that the matrix crack density and delamination area were reduced by inserting non-woven carbon tissues.
In this paper, the effect of matrix cracks on the buckling of a hybrid laminated plate is investigated. The plate is composed of carbon nanotube reinforced functionally graded (CNTR-FG) layers and conventional fiber reinforced composite (FRC) layers. Different distributions of single walled carbon nanotubes (SWCNTs) through the thickness of layers are considered. The cracks are modeled as aligned slit cracks across the ply thickness and transverse to the laminate plane, and the distribution of cracks is assumed statistically homogeneous corresponding to an average crack density. The first-order shear deformation theory (FSDT) is employed to incorporate the effects of rotary inertia and transverse shear deformation, and the meshless kp-Ritz method is used to obtain the buckling solutions. Detailed parametric studies are conducted to investigate the effects of matrix crack density, CNTs distributions, CNT volume fraction, plate aspect ratio and plate length-to-thickness ratio, boundary conditions and number of layers on buckling behaviors of hybrid laminated plates containing CNTR-FG layers.
This paper presents the vibration analysis of cracked ceramic-reinforced aluminum composite beams by using a method based on changes in modal strain energy. The crack is considered to be straight. The effective properties of composite materials of the beams are estimated through Mori-Tanaka micromechanical model. Comparison study and numerical simulations with various parameters; ceramic volume fraction, reinforcement aspect ratio, ratio of the reinforcement Young's modulus to the matrix Young's modulus and ratio of the reinforcement density to the matrix density are taken into investigation. Results demonstrate the pronounced effects of these parameters on intact and cracked ceramic aluminum beams.
To determine the effect of transverse open crack on the dynamic behavior of simply-supported Euler-Bernoulli beam with the moving masses, an iterative modal analysis approach is developed. The influence of depth and position of the crack in the beam, on the dynamic behavior of the simply supported beam system, have been studied by numerical method. The cracked section is represented by a local flexibility matrix, connecting two undamaged beam segments that is, the crack is modeled as a rotational spring. This flexibility matrix defines the relationship between the displacements and forces across the crack section, and is derived by applying a fundamental fracture mechanics theory. As the depth of the crack is increased, the mid-span deflection of the simply-supported beam, with the moving mass, is increased. The crack is positioned in the middle point of the pipe, and the mid-span defection of the simply-supported pipe represents maximum deflection.
The present paper deals with the dynamic analysis of cracked ceramic-reinforced aluminum composite fixed beams by using a method based on changes in modal strain energy. Mechanical characteristics of composite materials of the beams are predicted through Mori-Tanaka micromechanical scheme. A Comparative study and numerical simulations involve various parameters; ceramic volume fraction, reinforcement aspect ratio, ratio of the reinforcement Young's modulus to the matrix Young's modulus and ratio of the reinforcement density to the matrix density are taken into investigation. The obtained results prove the important effects of these parameters on intact and cracked ceramic aluminum beams.
Monolithic AlN and AlN-W composites were fabricated by pressure-less sintering at 190$0^{\circ}C$ under nitrogen atmosphere and the influences of tungsten phase on the microstructure and mechanical properties were investi-gated. In the fabrication of sintered specimen no additive was used. And monolithic AlN showed substantial grain growth and low relative density. AlN-W composites were fully densified and grain growths of matrix were inhibited. The densification behavior of composites were inferred to be achieved through the liquid phase sintering process such as particle-rearrangement and solutino-reprecipitation. Also the oxid phases which is expected to form liquid phases duringsintering process were detected by XRD analysis. As the tungsten volume content increases fracture strength was decreased and fracture toughness was increased. It was suppo-sed that the strength decrease of composites with tungsten content was due to existence of interface phases. The subcritical crack growth behavior was observed from the stress-strain curve of composites. The effect of the secondary phase and interface phases on toughness in crease were studied through observation of crack propagation path and the influence of residual stress on crack propagation was investigated by X-ray residual stress measurement. In the result of residual stress measurement the compressive stress of matrix in composi-test was increased with tungsten volume content and the compressive stress distribution of matrix must have contributed to the inhibition of crack propagation.
The new energy-based criterion, named Reinforcement Strain Energy Density (ReiSED), is proposed to investigate the fracture behavior of the cracked orthotropic materials in which the crack is embedded in the matrix along the fibers. ReiSED is an extension of the well-known minimum strain energy density criterion. The concept of the reinforced isotropic solid as an advantageous model is the basis of the proposed mixed-mode I/II criterion. This model introduces fibers as reinforcements of the isotropic matrix in orthotropic materials. The effects of fibers are qualified by defining reinforcement coefficients at tension and shear modes. These coefficients, called Reduced Stress (ReSt), provide the possibility of encompassing the fiber fraction in a fracture criterion for the first time. Comparing ReiSED fracture limit curve with experimental data proves the high efficiency of this criterion to predict the fracture behavior of orthotropic materials.
In order to secure the safety of various machinery, it is very important to develop a technique for accurately and quickly measuring the cracks generated in the mechanical equipment and evaluating the mechanical characteristics. The evaluation of the mechanical properties is accompanied by an appropriate strain measurement according to the material and crack occurrence of the target structure. Especially, when micro cracks are generated, the evaluation method is very important. Digital image correlation is an optical full field displacement measuring method which is using currently with speckles in the interested area. However the evaluation method and conditions of image distributions have to be considered carefully to measure the crack occurrence because the images of the speckle patterns affect the quality of displacement results. In this study, the speckle pattern density is characterized to improve the accuracy of the measurement method. And also the micro crack initiation is detected by the measured displacement in the adopted speckle pattern distribution. It is shown that the proposed method is useful to determine the density pattern distribution for the accurate measurement and crack detection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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