The objective of this present work is to estimate the failure loads, associated maximum transverse displacements, locations and the modes of failure, including the onset of delamination, of thin, square symmetric laminates under the action in-plane positive (+ve) shear load. Two progressive failure analyses, one using the Hashin criterion and the other using a Tensor polynomial criterion, are used in conjunction with finite element method. First order shear deformation theory along with geometric non-linearity in the von Karman sense have been employed. Variation of failure loads and failure characteristics with five type of lay-ups and three types of boundary conditions has been investigated in detail. It is observed that the maximum difference between failure loads predieted by various criteria depends strongly on the laminate lay-up and the flexural boundary restraint. Laminates with clamped edges are found to be more susceptible to failure due to transverse shear (ensuing from the out of plane bending) and delamination, while those with simply supported edges undergo total collapse at a load slightly higher than the fiber failure load. The investigation on negative (-ve) in-plane shear load is in progress and will be communicated as part-II of the present work.
This paper deals with the buckling and postbuckling responses, and the progressive failure of square laminates of symmetric lay-up with a central rectangular cutout under in-plane shear load. A detailed investigation is made to show the effects of cutout size and cutout aspect ratio on the buckling and postbuckling responses, failure loads and failure characteristics of $(+45/-45/0/90)_{2s}$, $(+45/-45)_{4s}$ and $(0/90)_{4s}$ laminates. 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. In addition, the effects of boundary conditions on buckling loads, failure loads, failure modes, and maximum transverse deflection for a $(+45/-45/0/90)_{2s}$ laminate with and without a square cutout have been presented. It is concluded that because of early onset of delamination at the net section of cutouts before first-ply failure, total strength of the laminate with very small cutouts can not be utilized.
The objective of the present work is to estimate the strength and failure characteristics of symmetric thin square laminates under negative shear load. Two progressive failure analyses, one using the Hashin criterion and the other using a Tensor polynomial criterion, are used in conjunction with the finite element method. First-order shear-deformation theory along with geometric nonlinearity in the von Karman sense has been incorporated in the finite element modeling. Failure loads, associated maximum transverse displacements, locations and modes of failure including the onset of delamination are discussed in detail; these are found to be quite different from those for the positive sheer load reported in Part I of this study (Singh et al. 1998).
This study aims to accurately predict the first ply failure loads of laminated composite hypar shell roofs with different boundary conditions. The geometrically nonlinear finite element method (FEM) is used to analyse different symmetric and anti-symmetric, cross and angle ply shells. The first ply failure loads are obtained through different well-established failure criteria including Puck's criterion along with the serviceability criterion of deflection. The close agreement of the published and present results for different validation problems proves the correctness of the finite element model used in the present study. The effects of edge conditions on first ply failure behavior are discussed critically from practical engineering point of view. Factor of safety values and failure zones are also reported to suggest design and non-destructive monitoring guidelines to practicing engineers. Apart from these, the present study indicates the rank wise relative performances of different shell options. The study establishes that the angle ply laminates in general perform better than the cross ply ones. Among the stacking sequences considered here, three layered symmetric angle ply laminates offer the highest first ply failure load. The probable failure zones on the different shell surfaces, identified in this paper, are the areas where non-destructive health monitoring may be restricted to. The contributions made through this paper are expected to serve as important design aids to engineers engaged in composite hypar shell design and construction.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.7
s.94
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pp.1686-1699
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1993
In this paper, the thermal buckling of thick composite angle-ply laminates subject to uniform temperature distribution is studied. For the plates of 4-edges simply supported condition and those of 4-edges clamped condition, the critical buckling temperatue is derived, using tile finite element method based on the shear deformation theory. The effects of lamination angle, layer number, laminate thickness, plate aspect ratio and boundary constraints upon the critical buckling temperature are presented.
In order to determine the mechanical behavior of the curved laminates in practical applications, three right-angled composite brackets with different lay-ups were investigated both experimentally and numerically. In the experimental, quasi-static tests on both unidirectional and multidirectional curved composite brackets were conducted to study the progressive failure and failure modes of the curved laminates. In the numerical modeling, three-dimensional finite element analysis was used to simulate the mechanical behavior of the laminates. Here, a strength-based failure criterion, namely the Ye criterion, was used to predict the delamination failure in the composite curved laminates. The mechanical responses of the laminate subjected to off-axis tensile loading were analyzed, which include the progressive failure, the failure locations, the load-displacement relationships, the load-strain relationships, and the stress distribution around the curved region of the angled bracket. Subsequently, the effects of stacking sequence and thickness on the load carrying capacity and the stiffness of the laminates were discussed in detail. Through the experimental observation and analysis, it was found that the failure mode of all the specimens is delamination, which is initiated abruptly and develops unstably on the symmetric plane, close to the inner surface, and about $29^{\circ}$ along the circumferential direction. It was also found that the stacking sequence and the thickness have significant influences on both the load carrying capacity and the stiffness of the laminates. However, the thickness effect is less than that on the curved aluminum plate.
Benselama, Khadidja;El Meiche, Noureddine;Bedia, El Abbas Adda;Tounsi, Abdelwahed
Structural Engineering and Mechanics
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v.55
no.1
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pp.47-64
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2015
This paper presents the effect of hybridization material on variation of critical buckling load with different cross-ply laminates plate resting on elastic foundations of Winkler and Pasternak types subjected to combine uniaxial and biaxial loading by using two variable refined plate theories. Governing equations are derived from the principle of virtual displacement; the formulation is based on a new trigonometric shape function of displacement taking into account transverse shear deformation effects vary parabolically across the thickness satisfying shear stress free surface conditions. These equations are solved analytically using the Navier solution of a simply supported. The influence of the various parameters geometric and material, the thickness ratio, and the number of layers symmetric and antisymmetric hybrid laminates material has been investigated to find the critical buckling loads. The numerical results obtained through the present study with several examples are presented to verify and compared with other models with the ones available in the literature.
Kim, Young A.;Woo, Kyeongsik;Cho, Hyunjun;Kim, In-Gul;Kim, Jong-Heon
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.2
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pp.190-205
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2015
In this paper, the impact damage behavior of USN-150B carbon/epoxy composite laminates subjected to high velocity impact was studied experimentally and numerically. Square composite laminates stacked with $[45/0/-45/90]_{ns}$ quasi-symmetric and $[0/90]_{ns}$ cross-ply stacking sequences and a conical shape projectile with steel core, copper skin and lead filler were considered. First high-velocity impact tests were conducted under various test conditions. Three tests were repeated under the same impact condition. Projectile velocity before and after penetration were measured by infrared ray sensors and magnetic sensors. High-speed camera shots and C-Scan images were also taken to measure the projectile velocities and to obtain the information on the damage shapes of the projectile and the laminate specimens. Next, the numerical simulation was performed using explicit finite element code LS-DYNA. Both the projectile and the composite laminate were modeled using three-dimensional solid elements. Residual velocity history of the impact projectile and the failure shape and extents of the laminates were predicted and systematically examined. The results of this study can provide the understanding on the penetration process of laminated composites during ballistic impact, as well as the damage amount and modes. These were thought to be utilized to predict the decrease of mechanical properties and also to help mitigate impact damage of composite structures.
Khodjet-Kesb, M.;Adda bedia, E.A.;Benkhedda, A.;Boukert, B.
Steel and Composite Structures
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v.21
no.1
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pp.57-72
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2016
The Poisson ratio reduction of symmetric hygrothermal aged $[{\theta}_m/90_n]_s$ composite laminates containing a transverse cracking in mid-layer is predicted by using a modified shear-lag model. Good agreement is obtained by comparing the prediction models and experimental data published by Joffe et al. (2001). The material properties of the composite are affected by the variation of temperature and transient moisture concentration distribution in desorption case, and are based on a micro-mechanical model of laminates. The transient and non-uniform moisture concentration distribution give rise to the transient Poisson ratio reduction. The obtained results represent well the dependence of the Poisson ratio degradation on the cracks density, fibre orientation angle of the outer layers and transient environmental conditions. Through the presented study, we hope to contribute to the understanding of the hygrothermal behaviour of cracked composite laminate.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.2
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pp.59-66
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2002
In this paper, we present the simulataneous monitoring of the strain and temperature during cures f various composite laminates using fiber Bragg grating/extrinsic Fabry-Perot interferometric (FBG/EFPI) hybrid sensors. Three types of graphite/epoxy composite were used : a undirectional laminate, a symmetric cross-ply laminate, and a fabric laminate. Two FBG/EFPI hybrid sensors were embedded in each laminate at different directions and different locations. We performed the real time monitoring of fabrication strains and temperatures at two points within the composite laminates during cure process in an autoclave. Throuhg these experiments, FBG/EFPI sensors proved to be an efficient choice for smart cure monitoring of composite structures.
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