Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.3
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pp.1658-1663
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2015
To control the indoor humidity, humidifier is installed in an air handling unit. Up to now, foreign product made of glasswool has been widely used as a humidifying element. In this study, a new humidifying element made of cellulose and PET was tested, and the performance was compared with Glasdek element, which is made of glasswool. Mass transfer rates and pressure drops were measured from the element which was installed at the entrance of the suction-type wind tunnel. Results show that, $j_m$ and f factors of the new element are 33%~39% larger and 0%~51% smaller than those of Glasdek. Large water absorption capacity and the smoothness of the new element appear to be responsible for the large $j_m$ and small f factor. The mass transfer effectivenesses ($j_m/f^{1/3}$) of the new element are 36%~63% larger than those of Glasdek.
As the electric vehicle market grows, there is an issue of light weight vehicles to increase battery efficiency. Therefore, it is going to replace the battery module cover that protects the battery module of electric vehicles with high strength/high heat-resistant polymer composite material which has lighter weight from existing aluminum materials. It also aims to respond to the early electric vehicle market where technology changes quickly by combining 3D printing technology that is advantageous for small production of multiple varieties without restrictions on complex shapes. Based on the composite material mechanics, the critical length of glass fibers in short glass fiber (GF)/polycarbonate (PC) composite materials manufactured through extruder was derived as 453.87 ㎛, and the side feeding method was adopted to improve the residual fiber length from 365.87 ㎛ and to increase a dispersibility. Thus, the optimal properties of tensile strength 135 MPa and Young's modulus 7.8 MPa were implemented as GF/PC composite materials containing 30 wt% of GF. In addition, the filament extrusion conditions (temperature, extrusion speed) were optimized to meet the commercial filament specification of 1.75 mm thickness and 0.05 mm standard deviation. Through manufactured filaments, 3D printing process conditions (temperature, printing speed) were optimized by multi-optimization that minimize porosity, maximize tensile strength, and printing speed to increase the productivity. Through this procedure, tensile strength and elastic modulus were improved 11%, 56% respectively. Also, by post-processing, tensile strength and Young's modulus were improved 5%, 18% respectively. Lastly, using the FEA (finite element analysis) technique, the structure of the battery module cover was optimized to meet the mechanical shock test criteria of the electric vehicle battery module cover (ISO-12405), and it is satisfied the battery cover mechanical shock test while achieving 37% lighter weight compared to aluminum battery module cover. Based on this research, it is expected that 3D printing technology of polymer composite materials can be used in various fields in the future.
Kim, Young A.;Woo, Kyeongsik;Cho, Hyunjun;Kim, In-Gul;Kim, Jong-Heon
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.2
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pp.190-205
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2015
In this paper, the impact damage behavior of USN-150B carbon/epoxy composite laminates subjected to high velocity impact was studied experimentally and numerically. Square composite laminates stacked with $[45/0/-45/90]_{ns}$ quasi-symmetric and $[0/90]_{ns}$ cross-ply stacking sequences and a conical shape projectile with steel core, copper skin and lead filler were considered. First high-velocity impact tests were conducted under various test conditions. Three tests were repeated under the same impact condition. Projectile velocity before and after penetration were measured by infrared ray sensors and magnetic sensors. High-speed camera shots and C-Scan images were also taken to measure the projectile velocities and to obtain the information on the damage shapes of the projectile and the laminate specimens. Next, the numerical simulation was performed using explicit finite element code LS-DYNA. Both the projectile and the composite laminate were modeled using three-dimensional solid elements. Residual velocity history of the impact projectile and the failure shape and extents of the laminates were predicted and systematically examined. The results of this study can provide the understanding on the penetration process of laminated composites during ballistic impact, as well as the damage amount and modes. These were thought to be utilized to predict the decrease of mechanical properties and also to help mitigate impact damage of composite structures.
The fiber-reinforced composite materials have been advanced for various applications because of their excellent mechanical and electromagnetic properties. On their manufacturing processes, however, thermo-curing inherently produces the undesired thermal deformation mainly from temperature drop from the process temperature to the room temperature, so called spring-back. The spring-back must be understood especially in the hybrid composites in order to design and fabricate desired shape. In this research, (glass fiber / epoxy) + (carbon fiber / epoxy) unsymmetric hybrid composites were fabricated under various conditions such as cure cycle, laminate thickness, stacking sequence and curing sequence. Coupons were made and spring-back were measured using coordinate measuring machine (CMM). Using the Classical Lamination Theory (CLT) and finite element analysis (ANSYS), the behavior of spring-back were predicted and compared with the experimental data. The results from CLT and FEA agreed well with the experimental data. Although, the spring-back could be reduced by lowering curing temperature, at any case, the spring-back could not be removed completely.
In the horizontally curved bridges, girders are subjected to the combined action of vertical bending and torsion due to their curvatures without any eccentric loads. As subjected to bending and torsion, the ultimate strength of steel/concrete composite box girders are limited by the diagonal tensile stress in the deck concrete induced by the St. Venant torsion. To determine the ultimate strength of composite box girders in bending and torsion and their interactions, this study conducted a 3-dimensional FEA and classical strength of materials investigation. Using ABAQUS, the FEA fully utilized advanced nonlinear analysis techniques simulating material/geometrical nonlinearity and post-cracking behaviors. The ultimate strength from numerical data were compared with theoretically derived values. Concurrent compressive stresses in the concrete deck improve the shear-resisting capacity of concrete, thereby resulting in an increased torsional resistance of the composite box girder in positive bending. The proposed interaction equation is very simple yet it provides a rational lower bound in determining the ultimate strength of concrete/steel composite box girders.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.4
no.2
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pp.39-44
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2013
This study is aimed to examine the influence of the rotational stiffness of U-shaped ribs on the local buckling behaviors of laminated composite plates. Applying the orthotropic plates with eight layers of the layup $[(0^{\circ})4]s$ and $[(0^{\circ}/90^{\circ})2]s$, 3-dimensional finite element models for the U-rib stiffened plates were setup by using ABAQUS and then a series of eigenvalue analyses were conducted. There is a need to develope a simple design equation to establish the rotational stiffness effect, which could be easily quantified by comparing the theoretical critical stress equation for laminated composite plates with elastic restraints based on the Classical laminated plate theory. Through the parametric numerical studies, it is confirmed that there should clearly exist an increasing effect of local plate buckling strength due to the rotational stiffness by closed-section ribs. An applicable coefficient for practical design should be verified and proposed for future study. This study will contribute to the future study for establishing an increasing coefficient for the design strength and optimum design of U-rib stiffened plates.
Kim, Yongha;Kim, Myungjun;Kim, Pyeunghwa;Kim, Hwiyeop;Park, Jungsun;Roh, Jin-Ho;Bae, Jaesung
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.4
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pp.476-490
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2016
This paper defines mode shape function of a composite solar panel assumed as Kirchhoff-Love plate for considering a torsional mode of composite solar panel. It then goes on to define dynamic model of a high-agility satellite considering the flexibility of composite solar panel as well as stiffness of a solar panel's hinge using Lagrange's theorem, Ritz method and the mode shape function. Furthermore, this paper verifies the validity of dynamic model by comparing numerical results from the finite element analysis. In addition, this paper performs a dynamic response analysis of a rigid satellite which includes only natural modes for solar panel's hinges and a flexible satellite which includes not only natural modes of solar panel's hinges, but also structural modes of composite solar panels. According to the results, we confirm that the torsional mode of solar panel should be considered for the structural design of high-agility satellite. Finally, we performed optimization of high-agility satellite for minimizing mass with solar panel's area limit using the defined dynamic model. Consequently, we observed that the defined dynamic model for a high-agility satellite and result of the optimal design are very useful not only because of their optimal structural design but also because of the dynamic analysis of the satellite.
A methodology is presented for the failure prediction of composite single-lap bonded joints considering both of composite adherend failure and bondline failure. An elastic-perfectly plastic model of adhesive and a delamination failure criterion are used in the methodology. The failure predictions have been performed using finite element method and the proposed methodology. The failure prediction results such as failure mode and strength have very good agreements with the test results of joint specimens with various bonding methods and parameters. The influence of variations in the effective strength (that is, adhesion performance) and plastic behavior of adhesive on the failure characteristics of composite bonded Joints are investigated numerically. The numerical results show that optimal joint strength is archived when adhesive and delamination failure occur in the same time.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.37
no.3
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pp.521-529
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2017
In this study, analyzed the effective width of concrete unfilled composite steel grid deck which has different shear connector details from that of composite bridge. The effective width of concrete unfilled composite steel grid deck according to effective width calculation method, load size and main bearing bar spacing-span ratio was evaluated. As a result of analysis, it is analyzed that the effective width is calculated to be nearly equal to the actual effective width by idealizing the stress shape as a trapezoidal shape. In addition, shear hole penetration reinforcing bars applied to increase the shear strength is shown to increase the effective width. From the results of the analysis of the effective width according to main bearing bar spacing-span ratio, proposes the correction factor that can calculate the effective width ratio of the unfilled steel composite steel grid deck.
Generally, joints are the weakest part in the composite structures. Composite joints can be classified into adhesive joints and mechanical joints, and mechanical joints are mainly used in areas less sensitive to environmental conditions. In this paper, the failure loads of composite mechanical joints with five different stacking angles are tested and predicted. Finite element analysis of mechanical joints were performed and failure loads were predicted by the FAI(Failure Area Index) method using Tsai-Wu and Yamada-Sun failure criteria, and the predicted failure loads were compared with experimental results. From the experiment and analysis, the failure loads of the mechanical joints were decreased as the ratio of 0 degree layer was low and they could be predicted within 13.03% using the FAI method and Yamada-Sun failure criteria.
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