• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제66권4호
• /
• pp.439-444
• /
• 2018

This paper presents a numerical study on the behavior of continuous hollow steel beam strengthened using carbon fiber reinforced polymers (CFRP). Most previous studies on the CFRP strengthening of steel beams have been carried out on the steel beams with simple boundary conditions. No independent study, to the researcher's knowledge, has studied on the CFRP strengthening of square hollow section (SHS) continuous steel beam. However, this study explored the effect of the use of adhesively bonded CFRP flexible sheets on the behavior of the continuous SHS steel beams. Finite Element Method (FEM) has been employed for modeling. Eleven specimens, ten of which were strengthened using CFRP sheets, were analyzed under different coverage length, the number of layers, and the location of CFRP composite. ANSYS software was used to analyze the SHS steel beams. The results showed that the coverage length, the number of layers, and the location of CFRP composite are effective in increasing the ultimate load capacity of the continuous SHS steel beams. Application of CFRP composite also caused the ductility increase some strengthened specimens.

• Composites Research
• /
• 제36권1호
• /
• pp.59-67
• /
• 2023

항공우주산업에서 경량화를 위해 사용되는 CFRP 복합재료로 구성된 차체의 충격에 따른 파손은 탑승자의 안전과 직결된다. 따라서 충돌 상황에서 육안으로 확인하기 힘든 재료의 손상거동을 파악하는 것이 중요하며, 이를 구현할 수 있는 유한요소모델을 통한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 일방향 적층 복합재료의 충돌 해석에 대해 파손 거동 예측에 적합한 유한요소모델을 구축하였다. 인공신경망 모델을 통해 LS-DYNA에서 제공하는 MAT_54 Enhanced Composite Damage 재료 모델의 교정 파라미터를 역추정하여 획득하였다. 획득한 파라미터에 대한 인공신경망 모델의 결과를 실험결과와 비교하여 신뢰성을 검증하였다. 그 결과, 교정 파라미터의 최적화를 통해 실험에 대한 정확도를 향상시킨 유한요소모델을 구축할 수 있음을 확인하였다.

• Composites Research
• /
• 제34권1호
• /
• pp.35-46
• /
• 2021

본 논문은 차량에 사용되는 B필러의 강화재를 기존의 스틸 소재에서 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)와 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)로 대체하여 경량화하는 것이 목표다. 이를 위해서는 무게는 감소시키면서 기존 B필러를 대체할 수 있는 구조안정성을 확보해야 한다. 기존 B필러는 스틸 아우터(outer)를 포함하여 다양한 형상의 스틸 강화재로 구성되며, 이와 같은 스틸 강화재 중 2가지의 스틸 강화재를 복합재로 대체하고자 한다. 이와 같은 스틸 강화재는 강화재 각각을 따로 제작하여 용접을 통해 결합되지만, 복합재 강화재는 패치(patch) 형태의 CFRP와 리브(rib) 구조의 GFRP를 활용하여 압축과 사출 공정을 통해 한번에 제작된다. CFRP는 B필러의 고강도부에 부착되어 측면 하중에 저항하도록 하였으며, GFRP 리브는 위상 최적화(Topology optimization) 기법을 통해 비틀림과 측면 하중을 저항하도록 설계하였다. 구조해석을 통해 기존 스틸 강화재와 비교 분석을 수행하였고, 경량화율을 산출하였다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제34권4호
• /
• pp.481-486
• /
• 2010

Carbon Fiber Reinforced Plastic(CFRP) 복합재료는 높은 비강성 및 우수한 화학적 특성 등으로 인하여 여러분야에서 점점 사용이 증가하고 있다. 대부분의 CFRP 복합재료는 여러 부품들의 조립을 통해 제작된다. 이러한 독립된 부품들은 볼트, 핀 등과 같은 기계적인 방법을 통해 체결된다. 볼트나 핀에 의한 hole은 구조내에서 노치로 작용하여 부품의 강도저하의 원인이 된다. 본 논문에서는 홀의 크기와 시험편 폭이 노치재의 파괴강도에 끼치는 영향을 평가하여 hole을 포함하고 있는 평직 CFRP 복합재료의 정하중 파괴 강도를 실험적으로 평가하였다. 이를 위하여 본 논문에서는 홀 크기와 시험편 폭에 따른 점응력 조건의 특성길이를 평가하였으며, 특성길이와 노치재의 파괴강도의 관계를 확인하였다. 이를 이용하여 노치재의 정하중 파괴기준을 재정의하였다.

• Composites Research
• /
• 제13권3호
• /
• pp.58-66
• /
• 2000

본 연구는 기존 수지기지 복합소재의 흡습성, 약한 충격강도, 열충격 손상문제 등을 해결하고 뛰어난 비강도, 내충격, 내피로 특성 등을 가지는 것으로 보고되고 있는 Al과 CFRP 접착소재인 CARALL(CArbon fiber Reinforced ALuminum Laminates) 하이브리드 복합소재를 제조하고, 이러한 소재가 항공기 부품제작에 적용되기 위해서 우선적으로 파악되어야 하는 특성, 즉 부품조립을 위해 가공되는 드릴링에 의한 원공노치 강도저하 효과를 조사하였다. 이를 위해 CFRP, A17075-T6, CARALL재 시편에 대한 판폭과 원공노치의 크기가 노치인장강도에 미치는 영향을 비교하고 고강도, 고 노치민감 소재인 CFRP 소재의 물성이 양면에 Al을 접착한 CARALL소재형태에 의해 개선될 수 있는지에 대해 파악하였다. 또한 각 소재에 대한 Whitney 및 Kim등의 노치인장강도 예측식을 적용하여 그 유효성을 검토하였다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
• /
• 한국정밀공학회 1997년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.710-715
• /
• 1997

This paper deals with the analysis of the optimum value of honeycomb core considering variable design parameter. As thickness and height of core rises in design parameter, natural frequency of laminated composite plate increases. The angle-phy has the maximum value when the plate of honeycomb core join to opposite direction. This paper shows that the natural frequency of CFRP was higher than that of GFRP and mode shapes were various at angle-ply.

• Structural Monitoring and Maintenance
• /
• 제9권3호
• /
• pp.271-287
• /
• 2022

This study investigates the bending behavior of a composite concrete slab roof with different methods of externally strengthing using steel plates and carbon fiber reinforced polymer (CFRP) strips. First, the concrete slab model which was reinforced with CFRP strips on the bottom surface of it is validated using experimental data, and then, using numerical modeling, 7 different models of square-shaped composite slab roofs are developed in ABAQUS software using the finite element modeling. Developed models include steel rebar reinforced concrete slab with variable thickness of CFRP and steel plates. Considering the control sample which has no external reinforcement, a set of 8 different reinforcement states has been investigated. Each of these 8 states is examined with 6 different uncertainties in terms of the properties of the materials in the construction of concrete slabs, which make 48 numerical models. In all models loading process is continued until complete failure occurs. The results from numerical investigations showed using the steel plates as an executive method for strengthening, the bending capacity of reinforced concrete slabs is increased in the ultimate bearing capacity of the slab by about 1.69 to 2.48 times. Also using CFRP strips, the increases in ultimate bearing capacity of the slab were about 1.61 to 2.36 times in different models with different material uncertainties.

• Steel and Composite Structures
• /
• 제29권5호
• /
• pp.635-645
• /
• 2018

Beam-column joints play a significant role in static and dynamic performances of reinforced concrete frame structures. This study contributes a numerical approach of topologically optimal design of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) to retrofit existing beam-column connections with crack patterns. In recent, CFRP is used commonly in the rehabilitation and strengthening of concrete members due to the remarkable properties, such as lightweight, anti-corrosion and simplicity to execute construction. With the target to provide an optimal CFRP configuration to effectively retrofit the beam-column connection under semi-failure situation such as given cracks, extended finite element method (X-FEM) is used by combining with multi-material topology optimization (MTO) as a mechanical description approach for strong discontinuity state to mechanically model cracked structures. The well founded mathematical formulation of topology optimization problem for cracked structures by using multiple materials is described in detail in this study. In addition, moved and regularized Heaviside functions (MRHF), that have the role of a filter in multiple materials case, is also considered. The numerical example results illustrated in two cases of beam-column joints with stationary cracks verify the validity, benefit and supremacy of the proposed method.

• 대한기계학회:학술대회논문집
• /
• 대한기계학회 2001년도 추계학술대회논문집A
• /
• pp.616-622
• /
• 2001

In this paper, we analyzed the laminated composite sandwich plate structure of honeycomb core with changing values of the designing parameters. As a result, in designing parameters of that, the more height and thickness of the laminated composite plate's core, the more increase of natural frequency. The laminated angle has the maximum value when the plate of honeycomb core is join to opposite direction. This paper shows that the natural frequency of CFRP is higher than that of GFRP, and also impact strength marks maximum value in case of antisymmetry than symmetry of core. Also it shows that the mode shapes are various along with the angle-ply of laminated composite plate.

• 한국안전학회지
• /
• 제12권2호
• /
• pp.27-36
• /
• 1997

This paper evaluates the static and fatigue bending strengths of CFRP (carbon fiber reinforced plastic) laminates subjected to hygrothermals. The specimens which had different stacking composition, orthotropic and quasi-isotropic laminated plates, were prepared for this experiment. A steel ball launched by the air gun collides against CFRP laminates to generate impact damages, and the 3-point fatigue bending test is carried out by using the impacted laminates to investigate the influence of hygrothermals on the effect on the residual bending fatigue strength of CFRP laminates.