Recently, continuous fiber reinforced ceramic composite(CFCC) has attracted attention to a number of engineers because of its significant benefit for several industrial area. This work was conducted to provide a basic characteristic of CFCC for tensile loading condition. The numerical analysis by general purpose finite element program was accomplished and compared with an experimental tensile test. The stress strain curves were expressed well by the numerical analysis and the first matrix cracking stress was in accordance with that of the experimental result. Moreover, fracture pattern was shown by kill command graphically.
A method to predict the creep behavior of fiber-reinforced ceramic composites at high temperatures was suggested based on finite element modeling using constituent creep equations of fiber and matrix and showed good agreement with the experimental results. The effects of matrix creep behavior, fiber volume fraction, and residual stresses on the composite creep behavior were also investigated. The results showed that the primary behavior of composites was greatly affected by that of matrix but post-primary behavior was governed by fiber creep characteristics. The increase of fiber volume fraction from 15 vol% to 30 vol% caused the 50% and 40% decrease of steady-state creep rates and total creep strains at $1200^{\circ}C$, 180MPa, respectively. Feasible compressive residual stresses in the matrix caused by different thermal expansion coefficients between the fiber and the matrix could significantly reduce total creep strains of the composite. The creep deformation mechanism in the fiber-reinforced ceramic composites could be explained by the stress transfer and redistribution in the fiber and matrix due to different creep characteristics of its constituents.
A semi-analytical method is presented for accurately prediction of the free vibration behavior of generally laminated composite plates with arbitrary boundary conditions. The method employs the technique of separation of spatial variables within Hamilton's principle to obtain the equations of motion, including two systems of coupled ordinary homogeneous differential equations. Subsequently, by applying the laminate constitutive relations into the resulting equations two sets of coupled ordinary differential equations with constant coefficients, in terms of displacements, are achieved. The obtained differential equations are solved for the natural frequencies and corresponding mode shapes, with the use of the exact state-space approach. The formulation is exploited in the framework of the first-order shear deformation theory to incorporate the effects of transverse shear deformation and rotary inertia. The efficiency and accuracy of the present method are demonstrated by obtaining solutions to a wide range of problems and comparing them with finite element analysis and previously published results.
Concrete is a composite material and at meso-level, may be assumed to be composed of three phases: aggregate, mortar-matrix and aggregate-matrix interface. It is postulated herein that although non-linear material parameters are generally used to model this composite structure by finite element method, linear elastic fracture mechanics principles can be used for modelling at the meso level, if the properties of all three phases are known. For this reason, a novel meso-mechanical approach for concrete fracture which uses the composite material model with distributed-phase for elastic properties of phases and considers the size effect according to linear elastic fracture mechanics for strength properties of phases is presented in this paper. Consequently, the developed model needs two parameters such as compressive strength and maximum grain size of concrete. The model is applied to three most popular fracture mechanics approaches for concrete namely the two-parameter model, the effective crack model and the size effect model. It is concluded that the developed model well agrees with considered approaches.
This paper presents the results of an investigation on shear strengthening of RC beams externally reinforced with CFRP composite. A total of six full-scale beams of four CFRP strengthened and two unstrengthened were tested in the absence of internal stirrups in the shear span. The strengthening configurations contained two styles: discrete uniformly spaced strips and customized wide strips over B-regions. The composite systems provided an increase in ultimate strength as compared to the unstrengthened beams. Among the three layouts that had the same area of CFRP, the highest contribution was provided by the customized layout that targeted the B-regions. A comparative study of the experimental results with published empirical equations was conducted in order to evaluate the assumed effective strains. The empirical equations were found to be unconservative. Nonlinear finite element (NLFE) models were developed for the beams. The models agreed with test results that targeting the B-region was more effective than distributing the same CFRP area in a discrete strip style over shear spans. Moreover, the numerical models predicted the contribution of different configurations better than the empirical equations.
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.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2010.03b
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pp.35-35
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2010
This paper illustrates the use of electric field computation to optimize the design of high voltage composite bushing. In the bushing, a high electric stress occurred between field shaper and central conductor by the closely space. Also coaxial cylindrical shield has a great height along the axis to control an electric field. Consequently, all the potentials are raised axially along the field shaper and electric stress is concentrated on a part of the surface of the FRP tube near the upper end of the field shaper. Maxwell 2D simulator based on the boundary element method was also introduced in order to verify the reliability of the polymer bushing. The optimized design uses internal elements for electric stress grading at critical parts of the bushing.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.10a
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pp.47-50
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2004
It is very important that the analysis of postbuckling characteristics for stiffened composite structure. Damage tolerance design concept has been imported in many aerospace structures design to increase the structural efficiency and material failure is an inevitable process in postbuckling behavior. These design concepts are very efficient but consume very much calculation time in analytical process. The proper analysis method for reducing calculation time was researched and the total analysis time was reduced. A selection of proper element, the large load increments in linear response region, and the termination of analysis for unnecessary region were imported in the analysis and about $70\%$ time reduction was achieved with keeping a high accuracy of results.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.10a
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pp.61-64
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2004
The strength characteristics as well as deformation behaviors of honeycomb sandwich composite (HSC) structures were investigated under bending in consideration of various failure modes such as skin layer yielding, interface-delamination, core shear deformation and local buckling. Deformation behaviors of honeycomb sandwich plates were observed with various types of aluminum honeycomb core and skin layer. Their finite-element analysis simulation with a real model of honeycomb core was performed to analyze stresses and deformation behaviors of honeycomb sandwich plates. Its results were very comparable to the experimental ones. Consequently, the increase in skin layer thickness and in cell size of honeycomb core had dominant effects on the strength and deformation behaviors of honeycomb sandwich composites.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.10a
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pp.158-162
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2003
The PVDF(polyvinylidene fluoride) film sensor as one of smart sensors has good characteristics to detect the impact damages of composite structures. The capabilities of the PVDF film sensor for evaluating impact behaviors and damages of Gr/Ep laminates subjected to low-velocity impact were examined. From sensor signals, the specific wave-forms implying the damage were detected. The wavelet transform(WT) and Short Time Fourier Transform(STFT) were used to decompose the piezoelectric sensor signals in this study. The impact behaviors of Gr/Ep laminates were simulated and the impact forces were reconstructed using the sensor signals. Finally, the impact damages were predicted by finite element analysis with the reconstructed forces. For experimental verification, a series of low-velocity impact tests from low energy to damage-induced energy were carried-out. The extent of damage in each case was examined by means of ultrasonic C-scan and the measured damage areas were agreed well with the predicted areas by the F.E.A.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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