In this study, finite element analysis of Carbon-Steel Laminates with different layup pattern was conducted to verify similarity to the results of previous studies and to develop the effective model for low-velocity impact analysis. As in the experiment, Finite element analysis of the Fiber metal laminates (FMLs) with five different lamination patterns was carried out, and the impact resistance of the FMLs was confirmed by comparing the energy absorption ratio. The FMLs showed the higher energy absorption ratio than the mild steel having the same thickness, and it was confirmed that all the FMLs had the high energy absorption ratio over than 96%. In addition, the low-velocity impact analysis model proposed in this study can be effectively used to study composite forms and automotive structures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.7
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pp.867-872
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2010
Unused energy derived from sources in nature can be captured and stored for future use, for example, to recharge a battery or power a device; this process of capturing and storing energy is called energy harvesting. Extensive investigations are being carried out in order to use piezoelectricity to harvest the energy generated by body movements or machine vibrations. This paper presents a simple analytical model that describes the output voltage effectiveness of a Piezocomposite Generating Element (PCGE) from vibration and its experimental verification. PCGE is composed of carbon/epoxy, PZT, and glass/epoxy layers. During the manufacturing process, the stacked layers were cured at $177^{\circ}C$ in an autoclave, which created residual stresses in PCGE and altered the piezoelectric properties of the PZT layer. In the experiments, three kinds of lay-up configurations of PCGE were considered to verify the proposed prediction model and to investigate its capability to convert oscillatory mechanical energy into electrical energy. The predicted performance results are in good agreement with observed experimental ones.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.2
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pp.92-98
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2017
Porosity in polymer matrix composites generated during pyrolysis process affect the thermomechanical behavior of the composites. In this paper, multislice finite element models for the porous composite materials are developed, and poroelastic and failure analysis for these models are performed. In order to investigate the three-dimensional effects, finite element meshes are modeled considering different porosity(up to 0.5) and the number of slices (up to five). As a result, effective Young's moduli and poroelastic parameters exhibit the maximum differences of 74.0% and 442.1% with respect to porosity respectively, and 98.7% and 37.2% with respect to the number of slices. First and last failure strengths are decreased 88.2% and 90.0% with respect to porosity respectively, and 53.8% and 171.8% with respect to the number of slices.
When precast concrete infill panels are connected to steel frames at discrete locations, interaction at the structural interface is neither complete nor absent. The contribution of precast concrete infill panels to the lateral stiffness and strength of steel frames can be significant depending on the quality, quantity and location of the discrete interface connections. This paper presents preliminary experimental and finite element results of an investigation into the composite behaviour of a square steel frame with a precast concrete infill panel subject to lateral loading. The panel is connected at the corners to the ends of the top and bottom beams. The Frame-to-Panel-Connection, FPC4 between steel beam and concrete panel consists of two parts. A T-section with five achor bars welded to the top of the flange is cast in at the panel corner at a forty five degree angle. The triangularly shaped web of the T-section is reinforced against local buckling with a stiffener plate. The second part consists of a triangular gusset plate which is welded to the beam flange. Two bolts acting in shear connect the gusset plate to the web of the T-section. This way the connection can act in tension or compression. Experimental pull-out tests on individual connections allowed their load deflection characteristics to be established. A full scale experiment was performed on a one-storey one-bay 3 by 3 m infilled frame structure which was horizontally loaded at the top. With the characteristics of the frame-to-panel connections obtained from the experiments on individual connections, finite element analyses were performed on the infilled frame structures taking geometric and material non-linear behaviour of the structural components into account. The finite element model yields reasonably accurate results. This allows the model to be used for further parametric studies.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.1
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pp.51-61
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2000
This paper discusses the homogenization method to determine effective average elastic constants of a linear structure by considering its microstructure. A detailed description on the homogenization method is given for the linear elastic material and then the finite element approximation is performed for an investigation of elastic properties. An asymptotic expansion is carried out in the cross-section area, or in the unit cell. Two and three lay-up structures made up of individual isotropic constituents are chosen for numerical examples to check discrepancies between results generated by this theoretical development and the conventional approach. Asymptotic characteristics of the process in extracting the stiffness of structure locally formed by spatial repetitions yield underestimated values of stiffness. These discrepancies are detected by the asymptotic corrective term which is ascribed to considerations of microscopic perturbations and proved in the finite element formulation. The asymptotic analysis is the more reasonable in analysing the composite material, rather than the conventional approach to calculate the macroscopic average for elastic properties.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.3A
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pp.139-148
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2012
Circular concrete-filled tubes (CFTs) are composite members, which consists of a steel tube and concrete infill. CFTs have been used as building columns and bridge piers due to several advantages such as their strength-to-size efficiency and facilitation of rapid construction. Extensive experimental studies about CFT have been conducted for past decades. However experimental results alone are not sufficient to support the engineering of these components. Complementary advanced numerical models are needed to simulate the behavior of CFT to extend the experimental research and develop predictive tools required for design and evaluation of structural systems. In this study, a finite element modeling technique for CFT was developed. The confinement effects, and behavior of CFT subjected various types of loading predicted by the proposed finite element model for CFT were verified by comparing with test results.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.3
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pp.562-577
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2014
A reliable steady/transient hydro-elastic analysis is developed for flexible (composite) marine propeller blade design which deforms according to its environmental load (ship speed, revolution speed, wake distribution, etc.) Hydro-elastic analysis based on CFD and FEM has been widely used in the engineering field because of its accurate results however it takes large computation time to apply early propeller design stage. Therefore the analysis based on a boundary element method-Finite Element Method (BEM-FEM) Fluid-Structure Interaction (FSI) is introduced for computational efficiency and accuracy. The steady FSI analysis, and its application to reverse engineering, is designed for use regarding optimum geometry and ply stack design. A time domain two-way coupled transient FSI analysis is developed by considering the hydrodynamic damping ffects of added mass due to fluid around the propeller blade. The analysis makes possible to evaluate blade strength and also enable to do risk assessment by estimating the change in performance and the deformation depending on blade position in the ship's wake. To validate this hydro-elastic analysis methodology, published model test results of P5479 and P5475 are applied to verify the steady and the transient FSI analysis, respectively. As the results, the proposed steady and unsteady analysis methodology gives sufficient accuracy to apply flexible marine propeller design.
Age-related changes in the geometry of human lumbar spine would lead to changes of its mechanical behaviors. To investigate the effects of the geometric changes, no age-related changes in the material/mechanical properties were considered. Using the finite element method. two age-related models of lumbar spine segments (L3-L4) were constructed. The annulus of the models was modeled as laminate composite elements with 16 layers and 6 materials. The spinal stiffness and facet reaction of the lumbar spine increased with the age-related geometric changes in various combined loadings. Fiber and transverse tensile strains of the inner annulus. cancellous bone stress and end-plate stress decreased with the age-related geometric changes whereas fiber/layer compressive strains of the annulus. facet reaction. ligament reaction and end-plate rigidity increased. Consequently, it appears that in the normal age-related deterioration of discs, the age-related geometric change contributes to the increase of spinal stiffness (the decrease in range of the motion segment), preventing an excessive deformation of the disc.
This paper investigates experimentally and numerically the influence of drilling process on the mechanical and thermomechanical behaviors of woven glass fiber reinforced polymer (GFRP) composite plate. Through the experimental analysis, a CNC machine with cemented carbide drill (point angles 𝜙=118° and 6 mm diameter) was used to drill a woven GFRP laminated squared plate with a length of 36.6 mm and different thicknesses. A produced temperature during drilling "heat affected zone (HAZ)" was measured by two different procedures using thermal IR camera and thermocouples. A thrust force and cutting torque were measured by a Kistler 9272 dynamometer. The delamination factors were evaluated by the image processing technique. Finite element model (FEM) has been developed by using LS-Dyna to simulate the drilling processing and validate the thrust force and torque with those obtained by experimental technique. It is found that, the present finite element model has the capability to predict the force and torque efficiently at various drilling conditions. Numerical parametric analysis is presented to illustrate the influences of the speeding up, coefficient of friction, element type, and mass scaling effects on the calculated thrust force, torque and calculation's cost. It is found that, the cutting time can be adjusted by drilling parameters (feed, speed, and specimen thickness) to control the induced temperature and thus, the force, torque and delamination factor in drilling GFRP composites. The delamination of woven GFRP is accompanied with edge chipping, spalling, and uncut fibers.
Interfacial shear strength between epoxy and carbon fiber has been analyzed utilizing the microbond specimen with an epoxy micro-droplet adhered onto single carbon fiber. The interfacial shear stress distributions along the fiber/matrix interface were calculated by finite element analysis using three kinds of finite element models such as droplet model, circular-crosssection model and pull-out model. Conclusions were obtained as follows. (1) Interfacial shear stress distribution showed that larger stresses were concentrated in the fiber/matrix interface for microbond test than for pull-out test. Thus, debonding at the fiber/matrix interface during microbond test was liable to occur at low load level. (2) Microbond test showed higher interfacial strength which was caused by various effects of micro-droplet geometry and size as well as stress concentration in the region contacting with the micro-vise tip.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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