This paper analyzed the extension effects of fatigue life and the application of pre-indentation in aircraft structural material such as aluminum alloys. The test specimen used the thin sheet of aluminum alloy with a single-edged notch. The experiments were conducted after making the pre-crack under a constant amplitude loading. As the fatigue life extension technique, the pre-indentation making an indent on the predicted path of crack propagation was applied. The work presented here discussed about a proper mathematical relation between crack growth rate and the range of stress intensity factor and about the generalization of crack growth mechanism with large retardation effect. A technique to enhance the applicability of pre-indentation if also mentioned.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.2
no.3
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pp.5-10
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2001
Due to the development of high-strength fibers and adhesives, it is now possible to repair cracked metallic plates by bonding reinforced patches to the plate over the crack. In this study, pre-cracked aluminum 6061-T6 alloy plates repaired with bonded carbon/epoxy composite patch are applied to investigate the effect of various patch shapes on the tensile strength and the fatigue behavior of the structure. A non-patch-boned cased and 2 type-50$\times$50, 40$\times$20 mm-composite patch-bonded cases were tested to obtain fracture loads and fatigue crack growth rate. The results showed that the patch-bonded repair improves the static strength by 17% and the fatigue life by 200% compared to non-repaired case. It means that patch-boned repair is more effective in the fatigue life. It was also revealed that the patching method along crack growth direction is more efficient in cost and weight reduction. By observing the fractography, patch-bonded repair specimens demonstrated zigzag fracture patterns compared with the non-patched specimens, which shows a typical ductile fracture.
Bonded composite-patch repair has been widely used to restore or extend the service life of damaged structures due to its effectiveness as a mechanical repair technique. In this paper using extended finite element method (XFEM), three-dimensional crack models are developed to examine the fracture behavior of centrally cracked aluminum plates repaired with single and double sided composite patches. Stress intensity factor (SIF) at the crack tip is used as the fracture criterion. In this regard, the effects of the crack lengths, patch materials, orientation of plies, adhesive and patch thickness are examined to estimate the SIF of the repaired plate and the repair performance. The obtained results show that composite patches have significant effect on reduction of the SIF at the crack tip. It is also proved that using double symmetric repair, in comparison to single one, reduces considerably SIF at the crack tip. Hence, the residual strength can be improved significantly as well as fatigue life of the structure. Investigation of ply orientation effects shows SIF increase as the ply orientation is changed from $0^{\circ}$ (perpendicular to the advancing crack) to $90^{\circ}$ (parallel to the crack line). However, the effectiveness of the ply orientation depends on the loading direction and the crack direction.
The usage of sandwich structure is extensively increasing in lightweight protective structures due to its low density and other useful properties. Sandwich panels made of metal sheets with unfilled cellular cores are found to exhibit lower deflections by comparing to an equivalent monolithic plate of same metal and similar mass per unit density. However, the process of localized impact on solid structures involving plastic deformation, high strain rates, temperature effect, material erosion, etc. does not hold effectively as that of monolithic plate. In present work, the applications of the sandwich plate with corrugated core have been extended to develop optimized lightweight armour using foam as medium of its core by explicit finite element analysis (FEA). The mechanisms of hardened steel projectile penetration of aluminum corrugated sandwich panels filled with foams have been numerically investigated by finite element analysis (FEA). A comparative study is done for the triangular corrugated sandwich plate filled with polymeric foam and metallic foam with different densities in order to achieve the optimum penetration resistance to ballistic impact. Corrugated sandwich plates filled with metallic foams are found to be superior when compared to the polymeric one. The optimized results are then compared with that of equivalent solid and unfilled cores structure to observe the effectiveness of foam-filled corrugated sandwich plate which provides an effective resistance to ballistic response. The novel structure can be the alternative to solid aluminum plate in the applications of light weight protection system.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.5
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pp.112-118
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2003
The friction coefficients of the rubber for clutch master cylinder were experimentally measured in this study. The cylindrical rubber samples for primary cup-seal and secondary cup-seal were tested against the aluminum or the steel plates of master cylinder housing under the various conditions of brake oil temperatures and normal loads. Dry sliding friction coefficients were also measured under various load conditions. The test revealed following results. First, the friction coefficient under fluid lubrication condition in general decreases, as the oil temperature or normal load increases. Second, the steel plate of low surface roughness yielded comparatively low friction coefficient on the range of 0.30∼0.67. On the other hand, the aluminum plate of high surface roughness yielded high friction coefficient on the range of 0.31∼1.15. Third, the friction coefficient of dry surface contact decreases as the normal load increases. This is contrary to the general principle of friction coefficient between metal plates.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.20
no.3
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pp.221-232
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2017
In this study, bipolar plates in fuel cells are formed using rubber forming process. The effects of important parameters in rubber forming such as hardness and thickness of rubber pad, speed and pressure of punch that compress blank, and physical property of materials on the channel depth were analyzed. In the soft material sheet Al1050, deeper channels are formed than in materials STS304 and Ti-G5. Formed channel depth was increased when hardness of rubber pad was lower, thickness of rubber pad was high, and speed and pressure of punch were high. It was found the deepest channel was achieved when forming process condition was set with punch speed and pressure at 30 mm/s and 55 MPa, respectively using rubber pad having hardness Shore A 20 and thickness 60 mm. The channel depths of bipolar plates formed with Al1050, STS304 and Ti-G5 under the above process condition were 0.453, 0.307, and 0.270 mm, respectively. There were no defects such as wrinkle, distortion, and crack found from formed bipolar plates.
Robin, Olivier;Margherita, Pasquale;De Rosa, Sergio;Berry, Alain;Franco, Francesco;Ciappi, Elena
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.6
no.6
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pp.443-461
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2019
This communication investigates exact and distorted similitudes and the related scaling laws for the analysis of both dynamic response and radiated power of rectangular plates. The response of a given panel in similitude from another one is determined from a generalization of the modal approach, allowing the use of mode shapes, natural frequencies and finally radiation functions in order to establish appropriate scaling laws. Analytical models of simply supported rectangular plates are used to produce both original and replica model responses under point mechanical excitation. Emphasis is then especially put on laboratory experiments which are performed on baffled simply supported aluminum panels under mechanical excitations. All the six possible scaling directions, i.e. predicting a plate vibroacoustic reponse from another plate, are reported. All obtained results show that structural response or radiated sound power of a given plate can be both recovered with satisfactory accuracy by using the related scaling laws, even if parent models are used.
This paper describes the results of experiments to analyze the free vibration of the laminated composite and hybrid composite plates with various shapes and boundary conditions. The materials of specimens were the carbon fiber reinforced plastic (CFRP), the glass fiber reinforced plastic (GFRP), the GFRP-Aluminum hybrid composite and the CFRP-CFRP hybrid composite. The natural frequencies and nodal patterns of plates with various shapes were experimentally obtained by impact exciting test using an impact hammer and an accelerometer. The experimental results were presented with normalized frequency parameters. The effects of composite material properties, fiber orientation angles, various geometrical shapes and boundary conditions on the vibration characteristics of composite plates were evaluated. To compare and verify these experimental results, the finite element analysis was carried out, and was well agreed with experimental results.
This study investigates the use of a vibration correlation technique (VCT) to identify the buckling load of a rectangular thin plate. It is proposed that the buckling load can be determined experimentally using the natural frequencies of plates under tensile loading. A set of rectangular plates was tested for natural frequencies using an impact test method. Aluminum and stainless steel specimens with CCCC, CCCF and CFCF boundary conditions were included in the experiment. The measured buckling load was determined from the plot of the square of a measured natural frequency versus an in-plane load. The buckling loads from the measured vibration data match the numerical solutions very well. For specimens with well-defined boundary conditions, the average percentage difference between buckling loads from VCT and numerical solutions is -0.18% with a standard deviation of 5.05%. The proposed technique using vibration data in the tensile loading region has proven to be an accurate and reliable method which might be used to identify the buckling load of plates. Unlike other static methods, this correlation approach does not require drawing lines in the pre-buckling and post-buckling regions; thus, bias in data interpretation is avoided.
The effect of porosity on bending and free vibration behavior of simply supported functionally graded plate reposed on the Winkler-Pasternak foundation is investigated analytically in the present paper. The modified rule of mixture covering porosity phases is used to describe and approximate material properties of the FGM plates with porosity phases. The effect due to transverse shear is included by using a new refined shear deformation theory. The number of unknown functions involved in the present theory is only four as against five or more in case of other shear deformation theories. The Poisson ratio is held constant. Based on the sinusoidal shear deformation theory, the position of neutral surface is determined and the equation of motion for FG rectangular plates resting on elastic foundation based on neutral surface is obtained through the minimum total potential energy and Hamilton's principle. The convergence of the method is demonstrated and to validate the results, comparisons are made with the available solutions for both isotropic and functionally graded material (FGM). The effect of porosity volume fraction on Al/Al2O3 and Ti-6Al-4V/Aluminum oxide plates are presented in graphical forms. The roles played by the constituent volume fraction index, the foundation stiffness parameters and the geometry of the plate is also studied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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