The effect of Chitosan (CS), Carbon Nanotube (CNT) and hybrid (CS-CNT) fillers on the natural frequency of drilled composite plate is investigated by experimentally in this study. The numerical validation is also made with a program based on Finite Element Method (SolidWorks). Nine types filled and one neat composite plates are used in the study. The fillers ratios are 1% CS, 2% CS, 3% CS, 0.1% CNT, 0.2% CNT, 0.3% CNT, 1% CS+0.3% CNT, 2% CS+0.3% CNT, 3% CS+0.3% CNT. The specimens cut to certain sizes by water jet from the plates 400 mm × 400 mm in dimensions. Some of them are drilled in certain dimensions with drill. The natural frequency of each specimen is measured by the vibration test set up to determine the vibration characteristic. The vibration test set up includes an accelerometer, a current source power unit, a data acquisition card and a computer. A code is written in Matlab® program for the signal processing. The study are investigated and discussed in four main points to understand the effect of the fillers on the natural frequency of the composite plate. These are the effect of fillers contents and amounts, orientation angles of fibers, holes numbers and holes sizes. As results, the natural frequency of the plate with 1% CS and 0.1% CNT hybrid filler is lower than those of the plates with other fillers ratios for 45° orientation angle. Besides, in the composite plate with 0° orientation angle, the natural frequency increases with increasing the filler ratio. Moreover, the natural frequency increases until a certain hole number and then it decreases. Furthermore, the natural frequency is not affected until a certain hole diameter but then it decreases.
Wang, Ying;Wang, Guangke;Hu, Tao;Wen, Shipeng;Hu, Shui;Liu, Li
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.7
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pp.1565-1570
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2020
Photons with the energy of 60 keV are regularly used for some kinds of bone density examination devices, like the single photon absorptiometry (SPA). This article reports a flexible and lightweight rare earth/polymer composite for enhancing shielding efficiency against photon radiation with the energy of 60 keV. Lead oxide (PbO) and several rare earth element oxides (La2O3, Ce2O3, Nd2O3) were dispersed into natural rubber (NR) and the photon radiation shielding performance of the composites were assessed using monte carlo simulation method. For 60 keV photons, the shielding efficiency of rare earthbased composites were found to be much higher than that of the traditional lead-based composite, which has bad absorbing ability for photons with energies between 40 keV and 88 keV. In comparison with the lead oxide based composite, Nd2O3-NR composite with the same protection standard (the lead equivalent is 0.25 mmPb, 0.35 mmPb and 0.5 mmPb, respectively), can reduce the thickness by 35.29%, 37.5% and 38.24%, and reduce the weight by 38.91%, 40.99% and 41.69%, respectively. Thus, a flexible, lightweight and lead-free rare earth/NR composite could be designed, offering efficient photon radiation protection for the users of the single photon absorptiometry (SPA) with certain energy of 60 keV.
In this paper, the buckling, and free vibration analysis of tapered functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FG-CNTRC) micro Reddy beam under longitudinal magnetic field using finite element method (FEM) is investigated. It is noted that the material properties of matrix is considered as Poly methyl methacrylate (PMMA). Using Hamilton's principle, the governing equations of motion are derived by applying a modified strain gradient theory and the rule of mixture approach for micro-composite beam. Micro-composite beam are subjected to longitudinal magnetic field. Then, using the FEM, the critical buckling load, and natural frequency of micro-composite Reddy beam is solved. Also, the influences of various parameters including ${\alpha}$ and ${\beta}$ (the constant coefficients to control the thickness), three material length scale parameters, aspect ratio, different boundary conditions, and various distributions of CNT such as uniform distribution (UD), unsymmetrical functionally graded distribution of CNT (USFG) and symmetrically linear distribution of CNT (SFG) on the critical buckling load and non-dimensional natural frequency are obtained. It can be seen that the non-dimensional natural frequency and critical buckling load decreases with increasing of ${\beta}$ for UD, USFG and SFG micro-composite beam and vice versa for ${\alpha}$. Also, it is shown that at the specified value of ${\alpha}$ and ${\beta}$, the dimensionless natural frequency and critical buckling load for SGT beam is more than for the other state. Moreover, it can be observed from the results that employing magnetic field in longitudinal direction of the micro-composite beam increases the natural frequency and critical buckling load. On the other hands, by increasing the imposed magnetic field significantly increases the stability of the system that can behave as an actuator.
In this paper, a carbon fiber/epoxy composite-aluminum hybrid wheel for passenger cars was suggested for better performance and a prototype was fabricated and tested. Adhesive bonding between aluminum part and a composite rim part was used, and the bonding length and thickness were determined by finite element analysis. For self alignment and the function of bonding jig the special structure with a groove and a protrusion was applied. To evaluate the performance of the hybrid wheel various FE analyses were carried out. Inner and outer molds were prepared for the composite rim part and the thermoformed composite part was bonded to the aluminum part. Vibration tests revealed that the hybrid wheel had 16% higher resonance frequency and 32% higher damping capacity with 10% weight reduction.
Journal of the Korean Society of Clothing and Textiles
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v.39
no.2
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pp.247-256
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2015
This study prepared fabric-heating elements of carbon nanofiber composite to characterize morphologies and electrical properties. Carbon nanofiber composite was prepared with 15wt% PVDF-HFP/acetone solution, and 0, 1, 2, 4, 8, and 16wt% carbon nanofiber. Dispersion of solution was conducted with stirring for a week, sonification for 24 hours, and storage for a month, until coating. Carbon nanofiber composite coated fabrics were prepared by knife-edge coating on nylon fabrics with a thickness of 0.1mm. The morphologies of carbon nanofiber composite coated fabrics were measured by FE-SEM. Surface resistance was determined by KS K0555 and worksurface tester. A heating-pad clamping device connected to a variable AC/DC power supply was used for the electric heating characteristics of the samples and multi-layer fabrics. An infrared camera applied voltages to samples while maintaining a certain distance from fabric surfaces. The results of morphologies indicated that the CNF content increased specifically to the visibility and presence of carbon nanofiber. The surface resistance test results revealed that an increased CNF content improved the performance of coated fabrics. The results of electric heating properties, surface temperatures and current of 16wt% carbon nanofiber composite coated fabrics were $80^{\circ}C$ and 0.35A in the application of a 20V current. Carbon nanofiber composite coated fabrics have excellent electrical characteristics as fabric-heating elements.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.3
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pp.203-209
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2012
In this paper, cross-sectional stiffnesses, static stresses, and dynamic natural frequencies are analyzed to examine the structural performance of wind turbine composite blades. The material properties of composite materials are based on room-temperature and radiation curing processes. The cross-sectional stiffnesses of composite blades are calculated by applying a beam theory with solid-profile cross sections. The wind turbine blades are modeled with a finite element program, and static analyses are carried out to check the maximum displacement and stress of the blades. In addition, dynamic analyses are performed to predict the rotating natural frequencies of the composite blades including the effects of centrifugal force. By comparing these analysis results, mainly owing to the material properties of composite materials, an improvement in the structural performance of the blades according to the curing process is investigated.
Material properties of a new composite composed of components with known material properties are usually investigated through experiments. Elastic modulus and Poisson's ratio are measured at various volume fractions of mixed components and utilized as the base information on an analytical model for predicting the mechanical behaviors of a structure constructed by the composite. Elastic material properties of a composite at various volume fractions are numerically estimated by minimizing the error between the static displacements computed from a model for the composite and those computed from a model of homogeneous and isotropic material. A finite element model for a composite is proposed to distribute different types of material components easily into the model depending on the volume fraction. Then, the material properties of a composite filled with solid mircospheres are predicted numerically through a sample study and the estimated results are compared with experimental results and some theoretical equations.
Damage caused by impact on a vehicle composed of CFRP(carbon fiber reinforced plastic) composite to reduce weight in the aerospace industries is related to the safety of passengers. Therefore, it is important to understand the damage behavior of materials that is invisible in impact situations, and research through the FEM(finite element model) is needed to simulate this. In this study, FEM suitable for predicting damage behavior was constructed for impact analysis of unidirectional laminated composite. The calibration parameters of the MAT_54 Enhanced Composite Damage material model in LS-DYNA were acquired by inverse estimation through ANN(artificial neural network) model. The reliability was verified by comparing the result of experiment with the results of the ANN model for the obtained parameter. It was confirmed that accuracy of FEM can be improved through optimization of calibration parameters.
Stainless steel-concrete composite beam has become an attractive structural form for offshore bridges and iconic high-rise buildings, owing to the superior corrosion resistance and excellent ductility of stainless steel material. In a composite beam, stainless steel shear connectors play an important role by establishing the interconnection between stainless steel beam and concrete slab. To enable the best use of high strength stainless steel shear connectors in composite beams, high strength concrete is recommended. To date, the application of stainless steel shear connectors in composite beams is still very limited due to the lack of research and proper design recommendations. In this paper, a total of seven pushout specimens were tested to investigate the load-slip behaviour of stainless steel shear connectors. A thorough discussion has been made on the differences between stainless steel bolted connectors and welded studs, in terms of the failure modes, load-slip behaviour and ultimate shear resistance. In parallel with the experimental programme, a finite element model was developed in ABAQUS to simulate the behaviour of stainless steel shear connectors, with which the effects of shear connector strength, concrete strength and embedded connector height to diameter ratio (h/d) were evaluated. The obtained experimental and numerical results were analysed and compared with existing codes of practice, including AS/NZS 2327, EN 1994-1-1 and ANSI/AISC 360-16. The comparison results indicated that the current codes need to be improved for the design of high strength stainless steel shear connectors. On this basis, modified design approaches were proposed to predict the shear capacity of stainless steel bolted connectors and welded studs in the composite beams.
The purpose of this paper is to understand the shear characteristics of the shear connectors embedded into light weight concrete. This paper tried to confirm the validity of the finite element method(FEM) through the comparative study between the previous study results and FEM analysis, and evaluated the shear strength of shear connector and current design codes(AISC-LRFD and Eurocode 4) according to the variation of compressive strength of light weight concrete. This paper resulted that the shear strength of connector embedded into light weight concrete closely agreed to the one of shear connector by Eurocode 4 based on the results of the FEM analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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