The fiber reinforced composite material is widely used in the multi-industrial field where the weight reduction of the infrastructure is demanded because of their high specific modulus and specific strength. Pressure vessels using this composite material have two main merits which are to cut down energy by reducing weight and to have long-term life due to corrosion resistance. In this paper, we developed optimal design module of laminate for CNG composite pressure vessel winding E-glass/epoxy based on Von-Mises yield criterion, Tsai-Hill theory and stress ratio using finite element method and ANSYS RSM(Response Surface Method).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.6
s.177
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pp.1456-1469
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2000
Mechanical behaviors of uniaxially fiber-reinforced metal matrix composites under transverse loading conditions were studied at room and elevated temperatures. A mono-filament composite was selecte d as a representative analysis model with perfectly bonded fiber/matrix interface assumption. The elastic-plastic and visco-plastic models were investigated by both theoretical and numerical methods. The product of triaxiality factor and effective strain as well as stress components and strain energy was obtained as a function of location to estimate the failure sites in fiber-reinforced metal matrix composite. Results showed that fiber/ matrix interfacial debond plays a key role for local failure at the room temperature, while void creation and growth in addition to the interfacial debond are major concerns at the elevated temperature. It was also shown that there would be an optimal diameter of fiber for the strong fiber-reinforced metal matrix composite.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.3
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pp.333-340
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2011
We evaluated the stress-reduction effect for different shapes of a composite adherend with or without a spew fillet. Six different single-lap joint specimens were modeled and assessed using nonlinear finite element analysis. Moreover, we investigated the effect of the stiffness ratio of the adherend and adhesive. The single-lap joint with normal tapering had the highest stress values, and the single-lap joint with reverse tapering and a spew fillet had the lowest stress values. The composite adherends with higher stiffness had lower stress values, and the adhesives with lower stiffness had lower stress values.
The study of the tensile strength of composite materials is far more complex than analysis of the properties of elasticity and plasticity. Indeed, during mechanical loading, micro-cracks in the matrix, the fibers break, debonding of the interfaces are created. The failure process of composites is of great diversity and cannot be described if even we know: the strength criterion of each individual component, the state of stress and strain in the material, the propagation phenomena cracks in the structure and nature of the interface between the matrix and the reinforcement. This information is only partially known and the obtained by the analysis of a stress limit beyond which there is destruction of the material is almost impossible. To partially process the issue, a solution lies in a mesoscopic approach of seeking a law to locate the ultimate strength of the material for a plane stress state. Tests on rectangular plates in bending PEEK/APC2 and T300/914 three were made and this in order to validate our approach, the calculation has been implemented in a nonlinear finite element code (Castem 2000), in order to make comparison with the numerical results. The results show good agreement between numerical simulation and the two materials; however, it would be interesting to consider other phenomena in the criterion.
This paper presents experimental investigations of the fundamental behavior of concrete filled steel tube (CFT) beam-columns under fire loading. A total of thirteen specimens were tested to determine the axial force-moment-curvature-temperature behavior of CFT beam-columns. The experimental approach involved the use of: (a) innovative heating and control equipment to apply thermal loading and (b) digital image correlation with close-range photogrammetry to measure the deformations (e.g., curvature) of the heated region. Each specimen was sequentially subjected to: (i) constant axial loading; (ii) thermal loading in the expected plastic hinge region following the ASTM E119 temperature-time T-t curve; and (iii) monotonically increasing flexural loading. The effects of various parameters on the strength and stiffness of CFT beam-columns were evaluated. The parameters considered were the steel tube width, width-tothickness ratio, concrete strength, maximum surface temperature of the steel tube, and the axial load level on the composite CFT section. The experimental results provide knowledge of the fundamental behavior of composite CFT beam-columns, and can be used to calibrate analytical models or macro finite element models developed for predicting behavior of CFT members and frames under fire loading.
Lin, Yueguo;Lafarie-Frenot, Marie Christine;Bai, Jinbo;Gigliotti, Marco
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.5
no.6
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pp.633-652
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2018
The present paper focuses on the development of a model for simulating the thermoelectric behavior of CNTs/CFRP Organic Matrix Composite (OMC) laminates for aeronautical applications. The model is developed within the framework of the thermodynamics of irreversible processes and implemented into commercial ABAQUS Finite Element software and validated by comparison with experimental thermoelectric tests on two types of composites materials, namely Type A with Carbon Nanotubes (CNT) and Type B without CNT. A simplified model, neglecting heat conduction, is also developed for simplifying the identification process. The model is then applied for FEM numerical simulation of the thermoelectric response of aircraft panel structures subjected to electrical loads, in order to discuss the potential danger coming from electrical solicitations. The structural simulations are performed on quasi-isotropic stacking sequences (QI) $[45/-45/90/0]_s$ using composite materials of type A and type B and compared with those obtained on plates made of metallic material (aluminum). For both tested cases-transit of electric current of intermediate intensity (9A) and electrical loading on panels made of composite material-higher heating intensity is observed in composites materials with respect to the corresponding metallic ones.
Kim, Myungjun;Kim, Yongha;Kim, Pyunghwa;Roh, Jin-Ho;Park, Jungsun
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.1
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pp.56-62
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2017
Because adhesively bonded joints are used in many structural systems, it is important to predict accurate adhesive strengths. Composite aircraft with many joints are easily exposed to low temperatures and high relative humidity. This paper presents a humidity aging effect on the adhesive strength of a composite single-lap joint (SLJ). The adhesive strength of the SLJ is predicted using a finite element analysis with a cohesive zone model (CZM) technique. The humidity aging effect is evaluated based on the adhesive strength and CZM parameters. A lap joint test is carried out on the composite SLJ specimens, which are exposed for four months of 100% R.H. at $25^{\circ}C$. The predicted strengths are in good agreement with experimental data, and the actual crack propagation is satisfactorily simulated using the local CZM technique.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2002.04a
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pp.88-89
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2002
The aims of this study is to realize the structural design for development of a medium scale E-glass/epoxy composite wind turbine blade for a 750KW class horizontal axis wind turbine system. In this study, the various load cases specified by the IEC61400-1 international specification and GL Regulations for the wind energy conversion system were considered, and a specific composite structure configuration which can effectively endure various loads such as aerodynamic and centrifugal loads, loads due to accumulation of ice, hygro-thermal and mechanical loads was proposed. In order to evaluate the structure, the structural analysis for the composite wind turbine blade were peformed using tile finite element method(FEM). In the structural design, the acceptable blade structural configuration was determined through the parametric studies, and the most dominant design parameters were confirmed. In the stress analysis using the FEM, it was confirmed that the blade structure was safe and stable in any various load cases Moreover the safety of the blade root joint with insert bolts, newly devised in this study, was checked against the design fond and the fatigue.
In this experimental and numerical study, the effect of plate thickness, the diameter of circular cutout, the distance between circular cutouts and rowing orientation angle effect (${\theta}$) on the buckling load of E-glass/vinylester pultruded composite beams with single and double circular cutouts, were investigated. The composite beam having 2, 4, and 6 mm thicknesses was produced as [Mat/${\theta}$ /Mat/${\theta}$ /Mat] by using pultrusion technique. Seven different fiber angles as $0^{\circ}$, $15^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$, $75^{\circ}$, and $90^{\circ}$ were chosen for investigation of rowing orientation angle. The distances between each circular cutout were selected as 15, 30, 45, 60, and 75 mm in the case of double circular cutouts. The diameters of circular cutouts were chosen as 2, 4, 6, 8, and 10 mm to investigate the effect of cutout size. The experimental buckling loads were compared with the results calculated from the numerical analysis. ANSYS 11 commercial software was used for numerical study. A good agreement was obtained between numerical and experimental results.
A 1/3 composite cylindrical shell with a central rectangular opening was axially compressed experimentally, and its critical buckling load and displacement, and strains were measured. A finite element model (FEM) of the shell with Hashin failure criteria was established to analyze its buckling and post-buckling behaviors by nonlinear Newton-Raphson method. The geometric imperfection sensitivity and the effect of side supported conditions of the shell were investigated. It was found that the Newton-Raphson method can be used to analyze the buckling and post-buckling behaviors of the shell. The shell is not sensitive to initial geometric imperfection. And the support design of the shell by side stiffeners is a good way to obtain the critical buckling load and simplify the experimental fixture.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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