Response surface method is applied to evaluate the reliability of laminated composite panels. Since the linear and nonlinear first-ply failure load are computed using deterministic finite element analysis, new probabilistic finite element analysis is not necessary. Tsai-Wu criterion is used to construct the limit state suface. Material properties, layer thickness and lamina strengths of laminated composite panel are treated as random design variables. feasibility and accuracy of current method is validated using Monte-Carlo method Which perform thousand times of finite element analysis directly.
Recently, the fiber composite materials such as carbon fiber, glass fiber, or aramid, have been frequently used in strengthening reinforced concrete structures. The fiber composite materials typically have orthotropic characteristic and the strength changes significantly acording to the direction of fibers and the method of the lamination. In this study, an algorithm to estimate the stress-strain relationship of the composite materials which have different fiber directions and symmetric or non-symmetric lamination has been developed by using Tsai-Hill and Tsai-Wu failure criteria and progressive laminate failure theory. This algorithm has been implemented to several stress-strain models for the laterally confined concrete compression members such as Mander, Hosotani, and Nakatsuka. The evaluated stress-strain behaviors by the different models are discussed.
A two-dimensional progressive failure analysis method is presented for the strength characterization of the composite joints under pin loading. The eight-nodes laminated she]1 element is utilized based on the updated Lagrangian formulation. The criteria by Yamada-Sun, Tsai-Wu, and the maximum stress are used for the failure estimation. The stiffness of failed layer is degraded by the complete unloading method. No factor depending on test is included in the finite element analysis except for the material strength and stiffness. Total 20 plate specimens with and without hole are tested to validate the finite element prediction. The Tsai-Wu failure criterion most conservatively estimates the strength of laminate, and the maximum stress criterion yields the highest strength because it does not consider the coupling of the failure modes. The strength by Yamada-Sun method neglecting the matrix failure effect are located between other two methods and shows best agreement with test result for laminate with hole.
이 논문에는 구조물 강도에 대한 치수효과의 중요성이 수치해석의 결과로 강조되어 있다. 유리섬유 인장강도의 감소율은 어느 복합재료 제작전문가의 경험에 의한 것이다. 다른 소재의 경우는, 이러한 소재에 대한 자세한 실험결과가 나올 때까지, 이 논문의 자료와 방법을 사용할 수 있다. 강도범주는 Tsai-Wu의 응력공간에 대한 것을 사용하였나. 강토 비율을 지배하는 요소는, 인장강도만 감소시키는 경우, 인상 및 압축강도를 감소시키는 경우, 일반화된 von Mises의 파괴개념 또는 Hill의 개념을 선택하는 경우, 작용하는 응력상태 등이다.
A finite element method based on the two-dimensional progressive failure analysis is presented for characterizing the strength and failure of the unidirectional-fabric hybrid laminated composite joints under pin loading. The 8-node laminated shell element is incorporated in the updated Lagrangian formulation. Various failure criteria including the maximum stress, Tsai-Wu, Yamada-Sun, and combinations of them are used in conjunction with the complete unloading stiffness degradation method. For the verification, joint tests are conducted for the specimens with various geometries. Although there are some differences depending on the geometry, the finite element model using the Yamada-Sun or the combined Yamada-Sun and Tsai-Wu criterion predicts the failure strength best.
Recently as flat display panels are getting narrower, TV wall mounts also become slimmer for interior design issue. In this study CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) was used for TV wall mount to satisfy slim arm design along with enough strength and low weight. The 16 staking sequences was made with orthogonal array to reduce experimental cases. Strength analysis of the TV wall mount arm made of CFRP laminate was studied on condition of staking sequences using FEA(Finite Element Analysis) and stiffness and strength of those cases were evaluated using deflection and Tsai-Wu's Failure criterion. The result showed that [$-45^{\circ}/90^{\circ}/45^{\circ}/0^{\circ}/-45^{\circ}$] lay up case was suitable for the wall mount arm staking design from the criteria of deflection and Tsai-Wu's Failure Index.
본 논문에서는 Tsai-Wu 파손이론을 적용하여 복합재료 자전거 프레임의 경량화를 위한 강도설계에 대하여 연구하였다. 설계에 있어서 자전거 프레임의 경량화는 중요한 문제이며, 동시에 요구 강도를 만족시켜야 한다. 하중조건으로 유럽표준위원회의 EN14764 규격에 의거하여 페달, 수직, 레벨 하중조건을 적용하였다. 복합재료는 이방성을 가지므로 적절한 적층수 및 적층 순서를 결정하는 것이 중요하다. 따라서 $[0]_{8n}$, $[90]_{8n}$, $[0/90]_{2ns}$, $[{\pm}45]_{2ns}$, $[0/{\pm}45/90]_{ns}$ 의 적층에 대하여 적층수를 변화시켜가며(n=1,2,3,4) 연구를 수행하였다. 연구 결과로부터 하중 조건에 따른 자전거 프레임의 취약부와 취약적층을 확인하였고, $[0/{\pm}45/90]_{3s}$ 이 가장 적절한 적층각 모델임을 제안하였다.
유도가열 전기보온 압력밥솥의 체결 구조는 오븐, 상부 가열판, 체결 링으로 구성되며, 기존의 밥솥과 달리 내부에 압력이 작용하기 때문에 안전성 검토가 반드시 필요하다. 본 연구에서는 유한 요소법을 이용하여 밥솥의 체결 구조인 오븐, 상부 가열판, 체결 링에 대하여 구조해석을 수행하고 구조적으로 안전한 최적 두께를 산출한다. 특히, 오븐은 스테인레스와 알루미늄이 겹쳐서 성형된 제품이므로 복합재료 해석을 수행하고, 안전성 평가를 위하여 von Mises법과 Tsai-Wu법을 도입한다. 오븐과 상부 가열판의 최적 두께 산출을 위하여 설계 변수법을 적용한다.
Laminated composite plates are utilized extensively in different fields of construction and industry thanks to their advantages such as high stiffness-to-weight ratio. Additionally, they are characterized by their directional properties that permit the designer to optimize their stiffness for specific applications. This paper presents a numerical analysis and optimization study of plates made of composite subjected to low velocity impact. The main aim is to identify the optimum fiber orientations of the composite plates that resist low velocity impact load. First, a three-dimensional finite element model is built using LS DYNA computer software package to perform the impact analyses. The composite plate has been modeled using solid elements. The failure criteria of Tsai-Wu's criterion have been used to control the strength of the composite material. A good agreement has been found between the predicted numerical results and experimental results in the literature which validate the finite element model. Then, an Adaptive Simulated Annealing (ASA) has been used to optimize the response of impacted composite laminate where its objective is to maximize the safety factor by varying the ply angles. The results show that the ASA is robust in the sense that it is capable of predicting the best optimal designs.
본 논문은 수지충전공정을 활용한 상업용 항공기의 복합재 윈도우 프레임을 개발하기 위한 선행 연구이다. 윈도우 프레임을 제작하기 위해 고려중인 2종류의 카본 섬유-triaxial overbraid 와 sleeving braider-에 대해서 VaRTM 공정을 활용한 시편을 제작하고, ASTM 시험법에 따라 물성치를 얻기 위해 물리적/기계적 성질 시험이 실시되었다. 이후 복합재 윈도우 프레임의 최소 플라이수와 무게를 얻기 위해 각각의 탄소 섬유에 대하여 유한요소해석이 수행되었다. 본 연구에서는 구조물의 안전성을 평가하기 위하여 Tsai-Wu 파손강도이론을 사용했다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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