Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.2
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pp.71-82
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2022
This paper presents the effect on the inelastic behavior and structural performance of concrete and filled steel pipe through a numerical method for reliable judgment under various load conditions of the CJS composite structural system. Variable values optimized for the CJS synthetic structural system and the effects of multiple variables used for finite element analysis to present analytical modeling were compared and analyzed with experimental results. The Winfrith concrete model was used as a concrete material model that describes the confinement effect well, and the concrete structure was modeled with solid elements. Through geometric analysis of shell and solid elements, rectangular steel pipe columns and steel elements were modeled as shell elements. In addition, the slip behavior of the joint between the concrete column and the rectangular steel pipe was described using the Surface-to-Surface function. After finite element analysis modeling, simulation was performed for cyclic loading after assuming that the lower part of the foundation was a pin in the same way as in the experiment. The analysis model was verified by comparing the calculated analysis results with the experimental results, focusing on initial stiffness, maximum strength, and energy dissipation capability.
Sojan Andrews Zachariah;Dayananda Pai K;Padmaraj N H;Satish Shenoy Baloor
Advances in materials Research
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v.13
no.5
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pp.391-416
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2024
Hybrid composite materials are widely used in various load-bearing structural components of micro - mini UAVs. However, the design of thin laminates for better impact resistance remains a challenge, despite the strong demand for lightweight structures. This work aims to assess the low-velocity impact (LVI) behaviour of thin quasi-isotropic woven carbon/ aramid epoxy hybrid laminates using experimental and numerical techniques. Drop tower impact test with 10 J and 15 J impact energies is performed on carbon/epoxy laminates having aramid layers at different sequences and locations. The impact behaviour is experimentally evaluated using force-time, force-deformation, and energy-time histories considering delamination threshold load, peak load, and laminate deflection. Ultrasonic C-scan is performed on the post-impact samples to analyse the insidious damage profile at different impact energies. The experimental data is further utilized to numerically simulate LVI behaviour by employing the representative volume element model. The numerical results are in good agreement with the experimental data. Numerical and experimental approach predicts that the hybrid laminates with aramid layers at both impact and non-impact sides of the laminate exhibits significant improvement in the overall impact behaviour by having a subcritical damage morphology compared to carbon/epoxy laminate. A combined numerical-experimental approach is proposed for evaluating the effective impact performance.
Young Bin Kim;Suji Kim;Heechan Song;Heoung-Jae Chun
Composites Research
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v.37
no.4
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pp.301-309
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2024
Shape memory stents are used for treating vascular conditions like myocardial infarction, angina, and arteriosclerosis through their shape memory behavior. These stents are inserted into blood vessels to expand them, and their performance in terms of flexibility, elastic recovery, and deformation is influenced by their design. In this study, parameters affecting stent structural design were analyzed using Taguchi method, aiming to design structures that consider flexibility, elastic recovery, and deformation. Reflecting the actual conditions faced by stents, ISO standards were incorporated, and finite element analysis was conducted, considering shape memory composite material properties obtained from tensile tests, specifically hyperealstic properties. Ultimately, statistical significance of stent structural design was evaluated through ANOVA (Analysis of Variance), and an improved optimal design model compared to the existing one was proposed.
This paper proposes the use of a porous core between layers of laminated composite plates to examine its effect on the natural frequencies of the resulted porous laminated composite sandwich plate (PLCSP) resting on a two-parameter elastic foundation. Moreover, it has been suggested that the dispersion of porosity has two different functionally graded (FG) patterns which are compared with a uniformly dispersed (UD) profile to find their best vibrational efficiency in the proposed PLCSPs. In FG patterns, two types of dispersions, including symmetric (FG-S) and asymmetric (FG-A) patterns have been considered. To derive the governing Eigen value equation of such structures, the first order shear deformation theory (FSDT) of plates has been employed. Accordingly, a finite element method (FEM) is developed to solve the derived Eigen value equation. Using the mentioned theory and method, the effects of porosity parameters, fiber orientation of laminated composite, geometrical dimensions, boundary conditions and elastic foundation on the natural frequencies of the proposed PLCSPs have been studied. It is observed that embedding porosity in core layer leads to a significant improvement in the natural frequencies of PLCSPs. Moreover, the natural frequencies of PLCSPs with FG porous core are higher than those with UD porous core.
Kaci, D. Ait;Madani, K.;Mokhtari, M.;Feaugas, X.;Touzain, S.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.4
no.6
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pp.679-699
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2017
The aim of this study is to perform a finite element analysis of the Von Mises stresses distribution in the adhesive layer and of the J-Integral for a damaged plate repaired by a composite patch. Firstly, we study the effect of the fiber orientation, especially the position of the layers that have orientation angle different of $0^{\circ}$ from the first layer which is in all cases of our study oriented at ($0^{\circ}$) on the J-Integral. Secondly, we evaluate the effects of the mechanical properties of the patch and the use of a hybrid patch on the reduction of stresses distribution and J-Integral. The results show clearly that the stacking sequence for the composite patch must be selected to absorb optimally the stresses from the damaged area and to position the various layers of the composite under the first layer whose fibers orientation will remain in all cases equal to $0^{\circ}$. The use of a hybrid composite reduces significantly the J-Integral and the stresses in both damaged plate and the adhesive layer.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.4
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pp.373-381
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2017
A Collaborative Optimization (CO) methodology for ring-stiffened composite material pressure hull of underwater vehicle is proposed. Structural stability and material strength are both examined. Lamination parameters of laminated plates are introduced to improve the optimization efficiency. Approximation models are established based on the Ellipsoidal Basis Function (EBF) neural network to replace the finite element analysis in layout optimizers. On the basis of a two-level optimization, the simultaneous structure material collaborative optimization for the pressure vessel is implemented. The optimal configuration of metal liner and frames and composite material is obtained with the comprehensive consideration of structure and material performances. The weight of the composite pressure hull decreases by 30.3% after optimization and the validation is carried out. Collaborative optimization based on the lamination parameters can optimize the composite pressure hull effectively, as well as provide a solution for low efficiency and non-convergence of direct optimization with design variables.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.12
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pp.2070-2077
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2001
An experimental investigation of the effect of composite patching repair was conducted to characterize the fatigue crack growth behavior in thick A16061-T6 (6mm) panels with single bonded patch by fiber reinforced composite patch. Four patch lengths and no patch plate were examined. An analytical procedure, involving three-dimensional finite element method having three layers to model cracked aluminum plate, epoxy by adhesive and composite Patch, is calculated the stress intensity factors. From the calculated stress intensity factors, the fatigue crack growth rates are obtained. At the single patching type, different fatigue crack growth ratios through the palate thickness were investigated by using the experimental and analytical results. The results demonstrated that there was a definite variation in fatigue life depending on the size of composite patch. While crack reached the patch end, retardation of crack growth was also revealed in the bonded repair.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.12
no.2
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pp.200-209
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2011
An analytical solution for rectangular laminated composite plates was obtained via a formal asymptotic method. From threedimensional static equilibrium equations, the microscopic one-dimensional and macroscopic two-dimensional equations were systematically derived by scaling of the thickness coordinate with respect to the characteristic length of the plate. The onedimensional through-the-thickness analysis was performed by applying a standard finite element method. The derived twodimensional plate equations, which take the form of recursive equations, were solved under sinusoidal loading with simplysupported boundary conditions. To demonstrate the validity and accuracy of the present method, various types of composite plates were studied, such as cross-ply, anti-symmetric angle-ply and sandwich plates. The results obtained were compared to those of the classical laminated plate theory, the first-order shear deformation theory and the three-dimensional elasticity. In the present analysis, the characteristic length of each composite was dependent upon the layup configurations, which affected the convergence rate of the method. The results shown herein are promising that it can serve as an efficient tool for the analysis and design of laminated composite plates.
Nowadays developments in the field of laminated composite structures with piezoelectric have attracted significant attention of researchers due to their wide range of applications in engineering such as sensors, actuators, vibration suppression, shape control, noise attenuation and precision positioning. Due to large number of parameters associated with its manufacturing and fabrication, composite structures with piezoelectric display a considerable amount of uncertainty in their material properties. The present work investigates the effect of the uncertainty on the free vibration response of piezoelectric laminated composite plate. The lamina material properties have been modeled as independent random variables for accurate prediction of the system behavior. System equations have been derived using higher order shear deformation theory. A finite element method in conjunction with Monte Carlo simulation is employed to obtain the secondorder statistics of the natural frequencies. Typical results are presented for all edges simply supported piezoelectric laminated composite plates to show the influence of scattering in material properties on the second order statistics of the natural frequencies. The results have been compared with those available in literature.
Kim, Yong-Yeal;Ryu, Jaeho;Yoon, Sung-Won;Ju, Young K.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.4
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pp.30-37
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2015
iFLASH System is new structural floor system which consists of sandwich panels filled with nano-composite. The nano-composite has low specific gravity and high bonding strength with steel plates. The bonding strength is one of important factors for structural performance of iFLASH System and it can further be improved by surface preparation such as blast metal cleaning. However, using none blast steel plates is recommended since surface preparation generates additional fabrication time and cost. In this study, a bonding strength test and bending experiment were conducted to check feasibility of applying none blast steel plates to iFLASH System. Moreover, stress in bonding plane between steel plates and nano-composite was analytically evaluated by finite element method. Consequently, flexural capacity of the specimen was 11% higher than theoretically calibrated value and its flexural behavior was structurally efficient without defect of bonding.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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