This study describes viscoelasticity analysis of carbon-fiber reinforced polymer matrix composite material. One of the most important problem during high temperature molding process is residual stress. Residual stress can cause warpage and cracks which can lead to serious defects of the final product. For the difference in thermal expansion coefficient and change of resin property during curing, it is difficult to predict the final deformed shape of carbon-fiber reinforced polymer matrix composite. The consideration of chemical shrinkage can reduce the prediction errors. For this reason, this study includes the viscoelasticity and chemical shrinkage effects in FE analysis by creating subroutines in ABAQUS. Analysis results are compared with other researches to verify the validity of the subroutine developed, and several stacking sequences are introduced to compare tested results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.3
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pp.283-289
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2015
In this study, the lightweight design of a brake bracket for a composite bogie was studied by considering two brake bracket models with thicknesses of 12t and 9t, respectively. For achieving this goal, finite element analysis and topology optimization were conducted. Firstly, the largest cross-sectional areas of the vertical and horizontal plates of the brake bracket were selected as the design variables. As the constraint, the Z-axis displacement of the brake bracket was increased by 2.5 units from the initial displacement value. The minimum volume fraction of the design regions was chosen as the objective function. The full model comprised a composite bogie frame and brackets attached together. However, to reduce the analysis time, 1D beam elements were used instead of the composite bogie frame by ensuring its equivalence with the full model. The result revealed that the weights of the 12t and 9t models of the brake bracket were reduced to 60 kg and 31 kg, respectively.
Yong, Hwan Sun;Kim, Yun Hwan;Park, Yong Chan;Song, Su Yeop
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.14
no.6
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pp.803-811
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2002
Current composite steel and concrete bridges are designed using full-interaction theory assuming there is no relative slip, between the steel and concrete components along their interface, because of the complexities of partial-interaction analysis techniques. However, in the assessment of existing composite bridges this simplification may not be warranted as it is often necesary to extract the correct capacity and endurance from the structure. This may only be achieved using partial-interaction theory which tuly reflects the behaviour of the structure. In this paper, Parametric analyses have been carried out in order to confirm the partial-interaction curvatures with deflection effect using the finite element method. Therefore, the model is considered for simply supported steel and concrete composite bridges with a uniform distribution of connectors subjected to a single concentrated load. For the case studies, this study applicate a parameters such as the number and space of stud shear connector and elastic modulus of concrete slabs. From this study, it is known that partial-interaction effect was in the increase to the increasing the deflection of composite bridges, and stiffness and strength of slab concrete considering the occurrence of crack effect seriously to the partial-interaction behavior.
Lee, Jae Eun;Kang, Deok Soo;Lee, Byung Ho;Baek, Joo Hyun;Kim, Jung Gon;Hwang, Ki Min
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.33
no.10
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pp.821-828
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2016
Recently, the use of composite materials in the defense system has grown dramatically. The strength/weight and stiffness/weight ratios of composite structures are normally higher than of metals. Woven composites, especially, are increasingly considered for a variety of applications, because they offer good workability for complicated structures. HPW193/RS1222 is one of the most famous woven composites and has been used in many types of Korean military equipment, such as antenna pedestals and radar systems. In this study, we predicted the elastic modulus of HPW193/RS1222 using the principles of unidirectional composite stiffness predictions, such as ROM (Rule of Mixture), HSR (Hart Smith 10% Rule), CLA (Classical Laminate Analysis) and LAP (Laminate Analysis Program). We compared the dynamic characteristics with the experimental predictions and finite-element analysis (FEA). From our results we concluded that transversely isotropic materials are similar to isotropic materials when the shape of the composite structure is complicated.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.1
no.2
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pp.29-35
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2010
In addition to the Young's modulus, the Poisson's ratio is also at the center of attention in the field stochastic finite element analysis since the parameters play an important role in determining structural behavior. Accordingly, the sole effect of this parameter on the response variability is of importance from the perspective of estimation of uncertain response. To this end, a formulation to determine the response variability in laminate composite plates due to the spatial randomness of Poisson's ratio is suggested. The independent contributions of random Poisson's ratiocan be captured in terms of sub-matrices which include the effect of the random parameter in the same order, which can be attained by using the Taylor's series expansion about the mean of the parameter. In order to validate the adequacy of the proposed formulation, several example analyses are performed, and then the results are compared with Monte Carlo simulation (MCS). A good agreement between the suggested scheme and MCS is observed showing the adequacy of the scheme.
This paper deals with the flexural performance of a composite girder system designed to readily form a composite section without a formwork and to easily realize multistage preflexing and prestressing. After a 3-Dimensional finite element modeling for construction stage analysis, the parametric numerical analysis was performed to analyse the stress distribution on the composite girder sections and the prestressing effects along with concrete pouring method and strand tensioning method. Based on the stress distribution analysis, a favorable construction stage model has been rationally chosen and then the ultimate flexural strengths were evaluated to conduct a comparative study, which exceed the nominal flexural strength suggested by the current design specification(ASD). It can be concluded that the proposed composite girder and fabrication procedure should have a sufficient structural performance.
The final aim of this research is to systematize the reinforced-earth wall system using the geosynthetic composite reinforcement in the weathered granite backfill soils having relatively large amount of fines. As a staged endeavour to accomplish this purpose, laboratory pull-out tests and finite element modeling are carried out in the present study focusing on the analyses of friction characteristics associated with interaction behaviors of the geosynthetic composite reinforcement composed of geogrid with a superior function in tensile resistance and geotextile with sufficient drainage effects. In addition, drainage effects of the geotextile below geogrid are examined based on the analysis of finite difference numerical modeling. From the present investigation, it is concluded that the geosynthetic composite reinforcement in the weathered granite backfills may possibly be used to achieve effects on both a reduction of deformations and an increase of the tensile resistance, together with drainage effects resulting from the geotextile.
An analytical method to predict the time dependent flexural behavior of composite girder is presented based on sectional analysis. The time dependent constitutive relation accounting for the early-age concrete properties including maturing of elastic modulus, creep and shrinkage is derived in an incremental format by the first order Taylor series expansion. The sectional analysis calculates the axial and curvature strains based on the force and moment equilibriums. The deflection curve of the girder approximated by the quadratic polynomial function is calculated by applying to the proper boundary conditions in the consecutive segments. Numerical applications are made for the 3-span double composite steel box girder which is a composite bridge girder filled with concrete at the bottom of the steel box in the negative moment region. The calculated results are compared with those by finite element analysis results. Close agreement is observed between the two approaches.
Kim, Geon-Hui;Lim, Do-Wan;Choi, Jin-Ho;Kweon, Jin-Hwe;Lee, Tae-Joo;Song, Min-Hwan;Shin, Sang-Joon
Composites Research
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v.23
no.2
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pp.31-39
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2010
In this paper, composite panels with hat-shaped stiffeners were made using the co-curing, co-bonding and secondary bonding methods. Co-curing is a manufacturing method in which the hat part and the plate are cured simultaneously in a manner that is more cost effective than other methods. Co-bonding is a method in which the stacked prepregs are cured with other cured parts, and secondary bonding is a method in which cured parts are bonded together using an adhesive. A rubber mold was manufactured for co-curing of composite panel with hat-shaped stiffeners, and finite element analyses were done to evaluate the expanding pressure of the rubber mold consistent with the curing temperature. The manufactured panels were also evaluated using a 3-D measurement tester and an ultrasonic tester. Pull-off tests were performed to evaluate their mechanical properties.
Recent development in composites containing phase-transforming particles, such as vanadium dioxide or barium titanate, reveals the overall stiffness and viscoelastic damping of the composites may be unbounded (Lakes et al. 2001, Jaglinski et al. 2007). Negative stiffness is induced from phase transformation predicted by the Landau phase transformation theory. Although this unbounded phenomenon is theoretically supported with the composite homogenization theory, detailed stress analyses of the composites are still lacking. In this work, we analyze the stress distribution of the Hashin-Shtrikman (HS) composite and its two-dimensional variant, namely a circular inclusion in a square plate, under the assumption that the Young's modulus of the inclusion is negative. Assumption of negative stiffness is a priori in the present analysis. For stress analysis, a closed form solution for the HS model and finite element solutions for the 2D composite are presented. A static loading condition is adopted to estimate the effective modulus of the composites by the ratio of stress to average strain on the loading edges. It is found that the interfacial stresses between the circular inclusion and matrix increase dramatically when the negative stiffness is so tuned that overall stiffness is unbounded. Furthermore, it is found that stress distributions in the inclusion are not uniform, contrary to Eshelby's theorem, which states, for two-phase, infinite composites, the inclusion's stress distribution is uniform when the shape of the inclusion has higher symmetry than an ellipse. The stability of the composites is discussed from the viewpoint of deterioration of perfect interface conditions due to excessive interfacial stresses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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