In this article, frequency characteristics, and sensitivity analysis of a size-dependent laminated composite cylindrical nanoshell under bi-directional thermal loading using Nonlocal Strain-stress Gradient Theory (NSGT) are presented. The governing equations of the laminated composite cylindrical nanoshell in thermal environment are developed using Hamilton's principle. The thermodynamic equations of the laminated cylindrical nanoshell are obtained using First-order Shear Deformation Theory (FSDT) and Fourier-expansion based Generalized Differential Quadrature element Method (FGDQM) is implemented to solve these equations and obtain natural frequency and critical temperature of the presented model. The novelty of the current study is to consider the effects of bi-directional temperature loading and sensitivity parameter on the critical temperature and frequency characteristics of the laminated composite nanostructure. Apart from semi-numerical solution, a finite element model was presented using the finite element package to simulate the response of the laminated cylindrical shell. The results created from finite element simulation illustrates a close agreement with the semi-numerical method results. Finally, the influences of temperature difference, ply angle, length scale and nonlocal parameters on the critical temperature, sensitivity, and frequency of the laminated composite nanostructure are investigated, in details.
Nonlinear aeroelastic analyses of composite wing with flap are performed considering free-play and dynamic stiffness of actuator. Doublet-Hybrid method is used for the calculation of subsonic unsteady aerodynamic forces. Free-play is modeled as a bilinear spring and is linearized by using the describing function method. Dynamic stiffness is obtained from governing equation of gear system and the aeroelastic analyses were performed according to ply-angle of laminate and material. The linear and nonlinear flutter analysis results show that the flutter characteristics are significantly dependent on the free-play and dynamic stiffness. from the nonlinear flutter analysis, various types of limit cycle oscillations are observed in a range of air speeds below or above the linear divergent flutter boundary.
The present study describes a method for analytical solution to elastic field in structural elements of general symmetric laminated composite materials. The two dimensional plane stress elasticity problems under mixed boundary conditions are reduced to the solution of a single fourth order partial differential equation, expressed in terms of a single unknown function, called displacement potential function. In addition, all the components of stress and displacement are expressed in terms of the same displacement potential function, which makes the method suitable for any boundary conditions. The method is applied to obtain analytical solutions to two particular problems of structural elements consisting of an angle-ply laminate and a cross-ply laminate, respectively. Some numerical results are presented for both the problems with reference to the glass/epoxy composite. The results are highly accurate and reliable as all the boundary conditions including those in the critical regions of supports and loads are satisfied exactly. This verifies the method as a simple and reliable one as well as capable to obtain exact analytical solution to elastic field in structural elements of composite materials under mixed and any other boundary conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.10
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pp.983-989
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2017
This paper presents the bearing strength for laminates in advanced composite materials in bolted joints. Bolted single lap joint tests were experimentally investigated with respect to stabilized and unstabilized lap joints. Stabilized bolted single lap joints refer to joints with out-of-plane rotational constraints. Unstabilized bolted single lap joints refer to joints with absence of out-of-plane deflection constraints. The bearing strength values of laminates in the bolted joint showed that the percentages of ply angle for 0, 45, -45, and 90 degrees were not affected. The bearing strength value in the unstabilized bolted joint was smaller than the bearing strength value in the stabilized bolted joint because of the influence of the out-of-plane behavior. The composite material studied in this paper is a carbon/epoxy unidirectional (UD) tape prepreg cured at $177^{\circ}C(350^{\circ}F)$. In the laminate reference system, the standard angles of 0, 45, -45, and 90 degrees were used for ply orientation within the laminate. A total of 112 bolted single lap joint tests were conducted on specimens from eight distinct laminates. The ASTM-D-5961M standards were adhered to for the stabilized and unstabilized bolted single lap joint tests.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.48
no.8
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pp.555-563
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2020
Foward-swept wings are known to possess superior aerodynamic performance compared to the conventional straight wings. However major concerns regarding forward-swept wings include divergence at lower airspeeds which require careful consideration at the design stage. As an endeavor to overcome such drawbacks, aeroelastic tailoring is attempted. In order to find an optimal ply sequence, recursive aeroelastic analyses is conducted and one-dimensional beam analysis coupled with simple aerodynamics is used for the improved computational efficiency and modelling convenience. The analysis used in this paper, DYMORE and analytic formula, both use one-dimensional beam model for the structure. Cross-sectional analysis for multi-cell NACA0015 airfoil section is conducted using VABS and oblique function is used for the sweep angle. Throughout the present aeroelastic tailoring, the maximum divergence speed of 290.2m/s is achieved which is increased by approximately 43% than that for the conventional ply configuration.
Small angle light scattering (SALS) and field emission scanning electron microscope (FE-SEM) have been used to investigate the light scattering patterns with time evolved during water vapor quenching (relative humidity of 53 (${\pm}3)%$ at $26^{\circ}C$ of polysulfone (PSf)/NMP/Alcohol and chlorinated poly(vinyl chloride) (CPVC)/THF/Alcohol, respective1y. Time dependence of the position of the light scattering maximum was observed at PSf dope solutions, confirming spinodal decomposition (SD), while CPVC dope solutions showed a decreased scattered light intensity with an increased q-value, indicating nucleation & growth (NG). For the each system, domain growth rate in the intermediate and late stage of phase separation decreased with increasing the number of carbon of alcohol used as additive (non-solvent). Also, in the early stage for SD, the scattering intensity with time was in accordance with Cahn's linear theory of spinodal decomposition, regardless of types of non-solvent additive. Also, the size scales obtained by SALS were mutually compared to domain sizes gained by FE-SEM measurement. These observations of scattering pattern were much clearly observed for the 20PSf/70NMP/10n-butanol (w/w%) and agreed with the theoretical predictions for scattering patterns of each stage like the early, the intermediate, and the late stage of SD type phase separation. As the scattering maximum was observed at the larger angles (larger q) in the order of n-butanol > n-propanol > methanol > no alcohol, the pore size of final morphology decreased.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.3
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pp.388-393
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2013
Carbon fiber reinforced plastic (CFRP) has many desirable qualities, including being lightweight and very strong. These characteristics have led to its use in applications ranging from small consumer products to vehicles. Circular and square CFRP members were fabricated using 8ply unidirectional prepreg sheets stacked at different angles ($[+15^{\circ}/-15^{\circ}]_4$, $[+45^{\circ}/-45^{\circ}]_4$ and $[90]_8$, where $0^{\circ}$ coincides with the axis of the member). Based on the collapse characteristics of a CFRP circular member, the collapse characteristics and energy absorption capability were analyzed. Impact collapse tests were carried out for each section member. In this study, the impact energies at crossheads speeds of 5.52 m/s, 5.14 m/s and 4.57 m/s were 611.52 J, 529.2 J and 419.44 J (circular member) 2.16 m/s, 1.85 m/s and 1.67 m/s are 372.4 J, 274.4 J and 223.44 J (square member). The purpose is to experimentally examine the absorption behavior and evaluation the strength in relation to changes in the stacking configuration when the CFRP circular members with different stacking configurations were exposed to various impact velocities. In addition, the dynamic characteristics were considered.
Polytrimethylene terephthalate(PTT) offers several advantageous properties such as good tensile strength, uniformity, stiffness, toughness, UV stability, resilience, stain resistance, outstanding elastic recovery, and dyeability. The effects of annealing temperature on physical properties and the structure of PTT filaments and yarn were investigated by measuring wide-angle X-ray diffraction (WAXD), density, optical birefringence, dynamic visco elasticity, and tensile testing. The intensity of maximum tan ${\delta}$ decreased and the temperature of maximum tan ${\delta}$ shifted to a higher temperature as the annealing temperature of filaments increased; however, it shifted to a lower temperature when the annealing temperature exceeded $130^{\circ}C$. In addition, crystallinity, density and D-spacing of (010) crystal face increased as the annealing temperature increased. Optical birefringence and specific stress were almost constant up to $100^{\circ}C$ and then decreased above $130^{\circ}C$. The shrinkage of PTT filament is 0 in boiling water when annealed above $130^{\circ}C$; consequently, the use of annealed fiber above $130^{\circ}C$ can remove thermal instability when dyeing PTT fiber. In the case of yarns, the thermal stability and physical properties of yarns showed the best effect when the ply number is less than 5, twist number is less than 400tpm, and the annealing time is 20minutes.
This paper presents a new block stiffness matrix for the analysis an orthogonal Cartesian coordinate system. The displacement fields are defined using the first order shear deformable beam theory. The longitudinal displacement can be expressed as the sum of the projected plane deformation of the cross-section due to Timoshenko's beam theory and axial warping deformation due to modified Vlasov's thin-waled beam theory. The derived element takes into account flexural shear deformation and torsional warping deformation. Three different types of beam elements, namely, the two-noded, three-noded, and four-noded beam elements, are developed. The quadratic and cubic elements are found to be very efficient for the flexural analysis of laminated composite beams. The versatility and accuracy of the new element are demonstrated by comparing the numerical results available in the literature.
This study presents a governing equations of bending behavior of sandwich plates with thick metal, polymer composite facings. Based on zig-zag models for through thickness deformations, the transverse shear deformation of composite facings is included. All edges of plate are assumed to be simply supported. Results of the bending analysis under lateral loads are presented for the influence of various lay up sequences of antisymmetric angle-ply laminated facings. The accuracy of the approach is ascertained by comparing solutions from the sandwich plates theory with composite facings to the laminated plates theory. Since the present analysis considers the bending stiffness of the core and also the transverse shear deformations of the laminated facings, the proposed method showed higher than that calculated according to the general laminated plates theory. The information presented might be useful to design sandwich plates structure with metal, polymer matrix composite facings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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