Flutter is a dangerous phenomenon encountered in flexible structures subjected to aerodynamic forces. This includes aircraft, buildings and bridges. Flutter occurs as a result of interactions between aerodynamic, stiffness, and inertia forces on a structure. In an aircraft, as the speed of the flow increases, there may be a point at which the structural damping is insufficient to damp out the motion which is increasing due to aerodynamic energy being added to the structure. This vibration can cause structural failure, and therefore considering flutter characteristics is an essential part of designing an aircraft. Scientists and engineers studied flutter and developed theories and mathematical tools to analyze the phenomenon. Strip theory aerodynamics, beam structural models, unsteady lifting surface methods (e.g., Doublet-Lattice) and finite element models expanded analysis capabilities. Periodic Structures have been in the focus of research for their useful characteristics and ability to attenuate vibration in frequency bands called "stop-bands". A periodic structure consists of cells which differ in material or geometry. As vibration waves travel along the structure and face the cell boundaries, some waves pass and some are reflected back, which may cause destructive interference with the succeeding waves. This may reduce the vibration level of the structure, and hence improve its dynamic performance. In this paper, for the first time, we analyze the flutter characteristics of a wing with a periodic change in its sandwich construction. The new technique preserves the external geometry of the wing structure and depends on changing the material of the sandwich core. The periodic analysis and the vibration response characteristics of the model are investigated using a finite element model for the wing. Previous studies investigating the dynamic bending response of a periodic sandwich beam in the absence of flow have shown promising results.
This paper describes the crashworthiness evaluation and performance improvement of tilting train made of sandwich composites. The applied sandwich composite of carbody structure was composed of aluminum honeycomb core and glass/epoxy & carbon/epoxy laminate composite facesheet. Crashworthiness analysis of tilting train was carried out using explicit finite element analysis code LS-DYNA 3D. The 3D finite element model and 1D equivalent model were applied to save the finite element modeling and calculation time for crash analysis. The crash conditions of tilting train were conducted according to four crash scenarios of the Korean railway safety law. It found that the crashworthiness analysis results were satisfied with the performance requirements except the crash scenario-2. In order to meet the crashworthiness requirements for crash scenario-2, the stiffness reinforcement for the laminate composite cover and metal frames of cabmask structure was proposed. Consequentially, it has satisfied the requirement for crash scenario-2.
Park, Jung;Park, Hoon-Cheol;Yoon, Kwang-Joon;Goo, Nam-Seo;Lee, Jae-Hwa
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.7
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pp.44-50
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2002
Low-velocity impact on composite sandwich panel has been investigated. Contact force is computed from a proposed modified Hertzian contact law. The Hertzian contact law is constructed by adjusting numerical value of the exponent and reducing the through-the- thickness elastic constant of honeycomb core. The equivalent transverse elastic constant is calculated from the rule of mixture. Nonlinear equation to calculate the contact force is solved by the Newton-Raphson method and time integration is done by the Newmark-beta method. A finite element program for the low-velocity impact analysis is coded by implementing these techniques and an 18-node assumed strain solid element. Behaviors of composite sandwich panels subjected to low-velocity impact are analyzed for various cases with different geometry and lay-ups. It has been found that the present code with the proposed contact law can predict measured contact forces and contact times for most cases within reasonable error bounds.
This paper describes the evaluation of structural performance test and finite element analysis to verify the design of Bimodal Tram made of sandwich composites. The sandwich composite applied to vehicle structure was composed of a aluminum honeycomb core and WR580/NF4000 glass fabric/epoxy laminate composite facesheet. The load tests of vehicle structure were conducted for vertical load, compressive load, torsion and modal analysis according to JlS E 7105. The structural Integrity of vehicle was evaluated by the measurement of displacement, stress and natural frequency obtained from dial gauge, strain gauge and gravity sensor, respectively. And finite element analysis using ANSYS v11.0 was done to compare with structural test. The results showed that the displacement, stress and natural frequency were in an good agreement with those of structural analysis using the proposed finite element models.
In this study, the inhomogeneous material composed of CFRP(carbon fiber reinforced plastic) and structural metal of SM45C is used for the light material. The finite element analysis on the basis of compact tension test was carried out by using the composite material for sandwich type bonded with the unidirectional CFRP that differs in fiber stacking angle at both sides with the core of SM 45C. CT test is the representative method to confirm the fracture behaviour due to crack in material under the load. The effect on crack and hole must be investigated in order to apply inhomogeneous material to mechanical structure. As the result of this study, the fracture behaviour by CT test of the composite material for sandwich was studied by simulation analysis. The sandwich composite of unidirectional CFRP with the stacking angle of [0/60/-60/0] has the superior strength and the maximum equivalent stress of about 182GPa.Also, the esthetic sense can be shown as the designed factor of shape with composite material is grafted onto the convergence technique.
A flight training simulator of a fully spherical configuration is being developed to precisely and quickly control six degrees of freedom (Dof) motions especially with unlimited rotations. The full-scale simulator should be designed with a lightweight material to reduce inertial effects for fast and stable feedback controls while no structural failure is ensured during operations. In this study, a sandwich composite consisting of glass fiber reinforced plastics and a foam core is used to obtain high specific strengths and specific stiffnesses. T-type stainless steel frames are inserted to minimize the deformation of the sphere curvature. Finite element analysis is carried out to evaluate structural safety of the simulator composed of the sandwich sphere and steel frames. The analysis considers the weights of the equipment and trainee and it is assumed to be 200 kg. Gravity acceleration is also considered. The stresses and displacement acting on the simulator are calculated and the safety is assessed under two different situations.
In this paper, an accurate kinematic model has been developed to study the mechanical response of functionally graded (FG) sandwich beams, mainly covering the bending, buckling and free vibration problems. The studied structure with homogeneous hardcore and softcore is considered to be simply supported in the edges. The present model uses a new refined shear deformation beam theory (RSDBT) in which the displacement field is improved over the other existing high-order shear deformation beam theories (HSDBTs). The present model provides good accuracy and considers a nonlinear transverse shear deformation shape function, since it is constructed with only two unknown variables as the Euler-Bernoulli beam theory but complies with the shear stress-free boundary conditions on the upper and lower surfaces of the beam without employing shear correction factors. The sandwich beams are composed of two FG skins and a homogeneous core wherein the material properties of the skins are assumed to vary gradually and continuously in the thickness direction according to the power-law distribution of volume fraction of the constituents. The governing equations are drawn by implementing Hamilton's principle and solved by means of the Navier's technique. Numerical computations in the non-dimensional terms of transverse displacement, stresses, critical buckling load and natural frequencies obtained by using the proposed model are compared with those predicted by other beam theories to confirm the performance of the proposed theory and to verify the accuracy of the kinematic model.
A sandwich panel is a composite material composed of a double-sided noncombustible material and insulation core which is used in the inner, outer walls, and roof structure of a building. Despite its excellent insulation performance, light weight and excellent constructability, a flame is brought into the inside of the panel through the joint between the panels, melting the core easily and causing casualties and property damage due to the rapid spread of flame. The current Building Law provides that the combustion performance of finishing materials for buildings should be determined using a fire test on a small amount of specimen and only a product that passes the stipulated performance standard should be used. This law also provides that in the case of finishing materials used for the outer walls of buildings, only materials that secured noncombustible or quasi-noncombustible performance should be used or flame spread prevention (FSP) should be installed. The purpose of this study was to confirm the difference between the dangers of horizontal and vertical fire spread by applying FSP, which is applied to finishing materials used for the outer walls of buildings limitedly to a sandwich panel building. Therefore, the combustion behavior and effects on the sandwich panel according to the application of FSP were measured through the construction to block the spread of flame between the panels using a full scale fire according to the test method specified in ISO 13784-1 and a metallic structure. The construction of FSP on the joint between the panels delayed the spread of flame inside the panels and the flash over time was also delayed, indicating that it could become an important factor for securing the fire safety of a building constructed using complex materials.
In this article, free vibration behavior of electro-magneto-thermo sandwich Timoshenko beam made of porous core and Graphene Platelet Reinforced Composite (GPLRC) in a thermal environment is investigated. The governing equations of motion are derived by using the modified strain gradient theory for micro structures and Hamilton's principle. The magneto electro are under linear function along the thickness that contains magnetic and electric constant potentials and a cosine function. The effects of material length scale parameters, temperature change, various distributions of porous, different distributions of graphene platelets and thickness ratio on the natural frequency of Timoshenko beam are analyzed. The results show that an increase in aspect ratio, the temperature change, and the thickness of GPL leads to reduce the natural frequency; while vice versa for porous coefficient, volume fractions and length of GPL. Moreover, the effect of different size-dependent theories such as CT, MCST and MSGT on the natural frequency is investigated. It reveals that MSGT and CT have most and lowest values of natural frequency, respectively, because MSGT leads to increase the stiffness of micro Timoshenko sandwich beam by considering three material length scale parameters. It is seen that by increasing porosity coefficient, the natural frequency increases because both stiffness and mass matrices decreases, but the effect of reduction of mass matrix is more than stiffness matrix. Considering the piezo magneto-electric layers lead to enhance the stiffness of a micro beam, thus the natural frequency increases. It can be seen that with increasing of the value of WGPL, the stiffness of microbeam increases. As a result, the value of natural frequency enhances. It is shown that in hc/h = 0.7, the natural frequency for WGPL = 0.05 is 8% and 14% less than its for WGPL = 0.06 and WGPL = 0.07, respectively. The results show that with an increment in the length and width of GPLs, the natural frequency increases because the stiffness of micro structures enhances and vice versa for thickness of GPLs. It can be seen that the natural frequency for aGPL = 25 ㎛ and hc/h = 0.6 is 0.3% and 1% more than the one for aGPL = 5 ㎛ and aGPL = 1 ㎛, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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