Adhesive bonding has seen rapid development in recent years, with emphasis to composite patch repairing processes of geometric defects in aeronautical structures. However, its use is still limited given its low resistance to climatic conditions and requirement of specialized labor to avoid fabrication induced defects, such as air bubbles, cracks, and cavities. This work aims to numerically analyze, by the finite element method, the failure behavior of a damaged plate, in the form of a bonding defect, and repaired by an adhesively bonded composite patch. The position and size of the defect were studied. The results of the numerical analysis clearly showed that the position of the defect in the adhesive layer has a large effect on the value of J-Integral. The reduction in the value of J-Integral is also related to the composite stacking sequence which, according to the mechanical properties of the ply, provides better load transfer from the plate to the repair piece through the adhesive. In addition, the increase in the applied load significantly affects the value of the J-Integral at the crack tip in the presence of a bonding defect, even for small dimensions, by reducing the load transfer.
The composite joint has become an important research area because the structural efficiency of a structure with a joint is determined by its joints rather than by its basic structure since the joints are often the weakest areas in composite structures. In this paper, the strengths of adhesive joints consisting of metal and composites were predicted and tested by the maximum strain theory and damage zone theory. Nonlinear finite element analyses of adhesive Joints considering the material nonlinearity of the adhesive layer were performed. From the tests and analyses, the strengths of the adhesive joints could be predicted to within 22.2% using the damage zone ratio.
In this paper low-velocity impact response and damage of composite laminates is analytically investigated. A modified displacement field of plate considering initially loaded in-plane strain is proposed. From the displacement field a finite element equation on structural behavior of composite laminate is newly induced and a computational program is coded. Numerical results using the FEM code is compared with the numerical ones from reference. Additional numerical analysis is performed on another impact condition and effect of initial in-plane load is reviewed. Potential delamination damage area in the first inter-ply surface from bottom of laminate is approximated and effect of initial in-plane load and impact condition is also reviewed.
The network theory studies interconnection between discrete objects to find about the behavior of a collection of objects. Also, nanomaterials are a collection of discrete atoms interconnected together to perform a specific task of mechanical or/and electrical type. Therefore, it is reasonable to use the network theory in the study of behavior of super-molecule in nano-scale. In the current study, we aim to examine vibrational behavior of spherical nanostructured composite with different geometrical and materials properties. In this regard, a specific shear deformation displacement theory, classical elasticity theory and analytical solution to find the natural frequency of the spherical nano-composite structure. The analytical results are validated by comparison to finite element (FE). Further, a detail comprehensive results of frequency variations are presented in terms of different parameters. It is revealed that the current methodology provides accurate results in comparison to FE results. On the other hand, different geometrical and weight fraction have influential role in determining frequency of the structure.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.11
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pp.771-776
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2020
In this study, the flexural/shear behavior characteristics of perfobond FRP-concrete composite beams using an FRP plate with perforated webs as formwork and reinforcement are analyzed through an analytical method. Compared with the existing experimental results, we have proved its usefulness and use it in future practice. When the nonlinearity is very large in this case, the nonlinear finite element analysis by an explicit method will be effective. The concrete damage plasticity (CDP) model adopted in this study is considered to be able to adequately simulate the nonlinear behavior of concrete, and the determination of several variable factors required in the model is compared with the experimental results and values used in the study. This recommendation will require review and adjustment for more diverse cases. The effect of the perfobond of the composite beam with perforated web is considered to be somewhat effective in terms of securing the initial stiffness, but in the case of the apex, it is considered that the cross-sectional loss and the effect of improving the bonding force should be properly arranged. The contact problem, such as slipping of the FRP plate and concrete, is considered to be one of the reasons that the initial stiffness is slightly larger than the test result, and the slightly difference from the experimental results is attributed to the separation problem between concrete and FRP after the peak.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.2
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pp.265-270
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2013
Strength design for a lightweight bicycle frame made of carbon/epoxy composite laminates was studied using Tsai-Wu's failure criterion. For the design of bicycle frames, reducing the weight of the frame is of great importance. Furthermore, the frame should satisfy the required strength under specific loading cases. In accordance with the European EN 14764 standard for bicycle frames, three loading cases-pedaling, vertical, and level loadings-were investigated in this study. Because of the anisotropic characteristics of composite materials, it is important to decide the appropriate stacking sequence and the number of layers to be used in the composite bicycle frame. From finite element analysis results, the most suitable stacking sequence of the fiber orientation and the number of layers were determined. The stacking sequences of $[0]_{8n}$, $[90]_{8n}$, $[0/90]_{2ns}$, $[{\pm}45]_{2ns}$, $[0/{\pm}45/90]_{ns}$ (n = 1, 2, 3, 4) were used in the analysis. The results indicated that the $[0/{\pm}45/90]_{3s}$ lay-up model was suitable for a composite bicycle frame. Furthermore, the weakest point and layer were investigated.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.1
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pp.391-400
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2019
In the case of fire, a structure loses its original stiffness due to the temperature rise, and the load bearing capacity decreases. The loss of structural strength increases with increasing fire time of the structure. To prevent the collapse of buildings, it is very important to understand whether or not the members are damaged. On the other hand, there is insufficient data to be a guideline for diagnosing and evaluating the residual strength of the members in Korea. Therefore, this study examined the resistance performance by Finite-Element-Analysis of composite beams, which are composite structures among structural members. Composite beam modeling was carried out based on the model used in the Electrical Penetration Room (EPR) in cooperation with KEPCO. The heat transfer analysis and structural analysis of the critical phase were performed using ANSYS, a finite element analysis program. ANSYS was used to perform heat transfer analysis and structural analysis at the static analysis. To analyze the residual performance, the temperature distribution of the composite beam and the maximum displacement result of the heat-affected structure analysis were derived and the experimental data and the structural analysis result data were compared and analyzed.
Gamino, Andre Luis;Bittencourt, Tulio Nogueira;de Oliveira e Sousa, Jose Luiz Antunes
Computers and Concrete
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v.6
no.3
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pp.187-202
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2009
This paper focuses on the flexural behavior of RC beams externally strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) fabric. A non-linear finite element (FE) analysis strategy is proposed to support the beam flexural behavior experimental analysis. A development system (QUEBRA2D/FEMOOP programs) has been used to accomplish the numerical simulation. Appropriate constitutive models for concrete, rebars, CFRP and bond-slip interfaces have been implemented and adjusted to represent the composite system behavior. Interface and truss finite elements have been implemented (discrete and embedded approaches) for the numerical representation of rebars, interfaces and composites.
In order to investigate the seismic behavior and seismic design methods in the transverse direction of a shield tunnel, a series of model shaking table tests and a two-dimensional finite element dynamic analysis on the tests are carried out. Two kinds of static analytical methods based on ground-tunnel composite finite element model and beam-spring element model are proposed, and the validity of the static analyses is verified by model shaking table tests. The investigation concerns the dynamic response behavior of a tunnel and the ground, the interaction between the tunnel and ground, and an evaluation of different seismic design methods. Results of the investigation indicate that the shield tunnel follows the surrounding ground in displacement and dynamic characteristics in the transverse direction; also, the static analytical methods proposed by the authors can be used directly as the seismic design methods in the transverse direction of a shield tunnel.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.172-176
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2008
In this paper, three dimensional linear conforming variable-finite elements are presented with the aid of a smoothed integration (a class of stabilized conforming nodal integration), for mnltiscale mechanics problems. These elements meet the desirable properties of an interpolation such as the Kronecker delta condition, the partition of unity condition and the positiveness of interpolation function. The necessary condition of linear exactness is fully relaxed by employing the smoothed integration, which renders us to meet the linear exactness in a straightforward manner. This novel element description extend the category of the conventional finite elements space to ration type function space and give the flexibility on the number of nodes of element which are fixed in the conventional finite elements. Several examples are provided to show the convergence and the accuracy of the proposed elements, and to demonstrate their potential with emphasis on the multiscale mechanics problems such as global/local analysis, nonmatching contact problems, and modeling of composite material with defects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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