The effect of temperature on natural frequency and damping is investigated in two different composite materials, Kevlar 29 fiber woven and polyethylene cloth, used especially to design ballistic armor. A damping monitoring method is used experimentally to measure the frequency response curve and it is also modeled numerically using a finite element program. The natural frequencies of a material, or a system, are a function of its elastic properties, dimensions and mass. This concept is used to calculate theoretical vibration modes of the composites. The damping properties in terms of the damping factor are determined by the half-power bandwidth technique. Numerically analyzed and experimentally measured time response curves are compared. It is seen that polymer matrix composites have temperature dependent mechanical properties. This relationship is functional and they have different effects against temperature.
Carbon woven fabric/C/SiC composites were fabricated by multiple impregnations of carbon woven fabric/carbon preform with the polymer precursor of SiC, i.e., polycarbosilane. In addition, two kinds of low density carbon/carbon preforms which had different fiber volume fraction and fiber orientation, i.e., a carbon woven fabric(${\thickapprox}$55 vol%)/carbon and a chopped carbon fiber${\thickapprox}$40 vol%)/carbon composites, were reaction-bonded with a silicon melt at 1$700^{\circ}C$ in a vacuum to fabricate dense carbon fiber/Si/SiC composites. The reaction-bonding process increased the density to ~2.1 g/$cm^3$ from 1.6 g/$cm^3$ and 1.15 g/$cm^3$ of a carbon woven and a chopped carbon preforms, respectively. All of the composites fractured with extensive fiber pull-out. The higher the density the higher the stiffness and proportional limit stress. The mechanical properties obtained from a three-point bend and tension tests were compared. The ratios of the peak tensile stresses to the bending strengths of a carbon woven and a chopped carbon composites were about one-third, respectively. The carbon woven fabric/Si/SiC composites with density of 2.06 g/$cm^3$ showed ~120 MPa of ultimate strength and ~80 MPa of proportional limit in bend testing.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.8
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pp.870-879
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2007
In this study, various damage modes in bending unimorph piezoelectric composite actuators with a thin sandwiched PZT plate during bending fracture tests have been evaluated by monitoring acoustic emission (AE) signals in terms of waveform and peak frequency as well as AE parameters. Three kinds of actuator specimens consisting of woven fabric fiber skin layers and a PZT ceramic core layer are loaded with a roller and an AE activity from the specimen is monitored during the entire loading using an AE transducer mounted on the specimen. AE characteristics from a monolithic PZT ceramic with a thickness of $250{\mu}m$ are examined first in order to distinguish different AE signals from various possible damage modes in piezoelectric composite actuators. Post-failure observations and stress analyses in the respective layers of the specimens are conducted to identify particular features in the acoustic emission signal that correspond to specific types of damage modes. As a result, the signal classification based on waveform and peak frequency analyses successfully describes the failure process of the bending piezoelectric composite actuator exhibiting diverse failure mechanisms. Furthermore, it is elucidated that when the PZT ceramic embedded actuators are loaded mechanical bending loads, the failure process of actuator specimens with different lay-up configurations is almost same irrespective of their lay-up configurations.
This paper presents the effects of high temperature and water absorption on the mechanical behaviors of carbon-aramid fiber composites, specifically their strength, elastic modulus, and fracture. These composites are used in industrial structures because of their high specific strength and toughness. Carbon fiber composites are vulnerable to the impact force of external objects despite their excellent properties. Aramid fibers have high elongation and impact absorption capabilities. Accordingly, a hybrid composite with the complementary properties and capabilities of carbon and aramid fibers is fabricated. However, the exposure of aramid fiber to water or heat typically deteriorates its mechanical properties. In view of this, tensile and flexural tests were conducted on a twill woven carbon-aramid fiber hybrid composite to investigate the effects of high temperature and water absorption. Moreover, a multiscale analysis of the stress behavior of the composite's microstructure was implemented. The results show that the elastic modulus of composites subjected to high temperature and water absorption treatments decreased by approximately 22% and 34%, respectively, compared with that of the composite under normal conditions. The crack behavior of the composites was well identified under the specimen conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.8
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pp.913-920
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2011
We describe the evaluation of the fatigue life and strength of a lightweight railway bogie frame made of glass fiber/epoxy 4-harness satin-woven composites. To obtain the S-N curve for the evaluation of the fatigue characteristics of the composite bogie frame, we performed a tension-compression fatigue test for composite specimens with different stacking sequences of the warp direction, fill direction, and $0^{\circ}/90^^{\circ}$ direction. We used a stress ratio (R) of -1, a frequency of 5 Hz, and an endurance limit of $10^7$. The fatigue strength of the composite bogie frame was evaluated by a Goodman diagram according to JIS E 4207. The results show that the fatigue life and strength of the lightweight composite bogie satisfy the requirements of JIS E 4207. Given its weight, its performance was better than that of a conventional metal bogie frame based on an SM490A steel material.
The bipolar plate is a major component of the PEM fuel cell stack, which takes a large portion of stack cost. In this study, as alternative materials for bipolar plate of PEM fuel cells, graphite composites were fabricated by compression molding. Graphite particles mixed with epoxy resin were used as the main substance to provide electric conductivity. To achieve desired electric properties, specimens made with different mixing ratio, processing pressure and temperature were tested. To increase mechanical strength, one or two layer of woven carbon fabric were added to the original graphite and resin composite. Thus, the composite material is consisted of the three phases: graphite particles, epoxy resin, and carbon fabric. By increasing mixing ratio, fabricated pressure and process temperature, electric conductivity was improved. The results of tensile test showed that the tensile strength of two-phase graphite composite was about 5MPa, and that of three-phase composite was increased to 54MPa.
Kim, Jung-Seok;Yoon, Hyuk-Jin;Kim, Seung-Cheol;Seo, Sung-Il
Journal of the Korean Society for Railway
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v.12
no.1
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pp.110-114
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2009
This study is for the evaluation of compressive strength restoration of sandwich composite laminates with adhesively bonded scarf patches. It was used in this study that the sandwich composite laminate with an aluminum honeycomb core and CF1263 woven fabric carbon/epoxy faces was applied to the car body structure for Korean tiling train. In this study, it was damaged by low velocity impact and repaired using scarf repair method. Then, the compressive strength restoration of assessed by compressive after impact (CAI) test. From the test, it could be known that the compressive strength was restored up to 72% by only scarf repair method and 91% applied by an extra ply over the undamaged one.
Cho, Donghwan;Choi, Yusong;Park, Jong Kyoo;Lee, Jinyong;Yoon, Byung Il;Lim, Yun Soo
Fibers and Polymers
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v.5
no.1
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pp.31-38
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2004
In the present paper, a variety of fiber reinforcements, for instance, stabilized OXI-PAN fibers, quasi-carbon fibers, commercial carbon fibers, and their woven fabric forms, have been utilized to fabricate pseudo-unidirectional (pseudo-UD) and 2-directional (2D) phenolic matrix composites using a compression molding method. Prior to fabricating quasi-carbon fiber/phenolic (QC/P) composites, stabilized OXI-PAN fibers and fabrics were heat-treated under low temperature carbonization processes to prepare quasi-carbon fibers and fabrics. The thermal conductivity and thermal expansion/contraction behavior of QC/P composites have been investigated and compared with those of carbon fiber/phenolic (C/P) and stabilized fiber/phenolic composites. Also, the chemical compositions of the fibers used have been characterized. The results suggest that use of proper quasi-carbonization process may control effectively not only the chemical compositions of resulting quasi-carbon fibers but also the thermal conductivity and thermal expansion behavior of quasi-carbon fibers/phenolic composites in the intermediate range between stabilized PAN fiber- and carbon fiber-reinforced phenolic composites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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