The objective of this work was to evaluate the ductile cracked structures with bonded composite patch used in probabilistic elastic plastic fracture mechanics subjected to tensile load. The finite element method is used to analyze the stress intensity factors for elastic case, the effect of cracks and the thickness of the patch ($e_r$) are presented for calculating the stress intensity factors. For elastic-plastic the Monte Carlo method is used to predict the distribution function of the mechanical response. According to the obtained results, we note that the stress variations are important factors influencing on the distribution function of (J/Je).
Our work aims to analyze using the finite element method the evolution of the stress intensity factor (SIF) parameter K of three laminated folded plates stacks [$+{\alpha}$, $-{\alpha}$], made of the same epoxy matrix and different reinforcement fibers (boron, graphite and glass). Our results show that the angle of orientation of the boron/epoxy composite has no great influence on the variation of the parameter KI. Compared to composite graphite/epoxy and glass/epoxy, the laminated composite boron/epoxy reduces more the SIF KI in the middle of the plate for angles $0^{\circ}{\leq}{\alpha}{\leq}30^{\circ}$.
Double skin composite element (DSCE) is a novel form of construction comprising two skins of profiled steel sheeting with an infill of concrete. DSCEs are thought to be applicable as shear or core walls in a building where they can resist in-plane loads. In this paper, the behaviour of DSCE subjected to combined bending and shear deformation is described. Small-scale model tests on DSCEs manufactured from micro-concrete and very thin sheeting were conducted to investigate the flexural and shear behaviour along with analytical analysis. The model tests provided information on the strength, stiffness, strain conditions and failure modes of DSCEs. Detailed development of analytical models for strength and stiffness and their performance validation by model tests are presented.
An efficient procedure to obtain the optimal stacking sequence and the minimum weight of stiffened laminated composite curved panels under several loading conditions and stiffener layouts has been developed based on the finite element method and the genetic algorithm that is powerful for the problem with integer variables. Often, designing composite laminates ends up with a stacking sequence optimization that may be formulated as an integer programming problem. This procedure is applied for a problem to find the stacking sequence having a maximum critical buckling load factor and the minimum weight. The object function in this case is the weight of a stiffened laminated composite shell. Three different types of stiffener layouts with different loading conditions are investigated to see how these parameters influence on the stacking sequence optimization of the panel and the stiffeners. It is noticed from the results that the optimal stacking sequence and lay-up angles vary depending on the types. of loading and stiffener spacing.
Dong, Jianghui;Ma, Xing;Zhuge, Yan;Mills, Julie E.
Steel and Composite Structures
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v.24
no.6
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pp.697-709
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2017
The current study addresses the local buckling analysis of an infinite thin rectangular symmetrically laminated composite plate restrained by a tensionless Winkler foundation and subjected to uniform in-plane shear loading. An analytic method (i.e., one-dimensional mathematical method) is used to achieve the analytical solution estimate of the contact buckling coefficient. In addition, to study the effect of ply angle and foundation stiffness on the critical buckling coefficients for the laminated composite plates, the parametric studies are implemented. Moreover, the convergence for finite element (FE) mesh is analysed, and then the examples in the parametric study are validated by the FE analysis. The results show that the FE analysis has a good agreement with the analytical solutions. Finally, an example with the analytical solution and FE analysis is presented to demonstrate the availability and feasibility of the presented analytical method.
Katariya, Pankaj V.;Panda, Subrata K.;Mahapatra, Trupti R.
Advances in materials Research
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v.6
no.4
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pp.349-361
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2017
The nonlinear thermal buckling load parameter of the laminated composite panel structure is investigated numerically using the higher-order theory including the stretching effect through the thickness and presented in this research article. The large geometrical distortion of the curved panel structure due to the elevated thermal loading is modeled via Green-Lagrange strain field including all of the higher-order terms to achieve the required generality. The desired solutions are obtained numerically using the finite element steps in conjunction with the direct iterative method. The concurrence of the present nonlinear panel model has been established via adequate comparison study with available published data. Finally, the effect of different influential parameters which affect the nonlinear buckling strength of laminated composite structure are examined through numerous numerical examples and discussed in details.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.18
no.4
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pp.41-47
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2019
The advent of highly integrated, high-power electronics requires low a coefficient of thermal expansion performance to prevent delamination between the heat dissipation material and substrate. This paper reports a preliminary study on the manufacturing technology of gas reaction control composite material, focusing on the prediction of the thermal expansion coefficients of Al-AlN composite materials. We obtained numerical equivalent property values by using finite element analysis and compared the values with theoretical formulas. Al-AlN should become the optimal composite material when the proportion of the reinforcing phase is approximately 0.45.
In this paper, geometrically nonlinear static analysis of laminated composite beams is investigated under hygrothermal effect. In the solution of problem, the finite element method is used within the first shear beam theory. Total Lagrangian approach is used nonlinear kinematic model. The geometrically nonlinear formulations are developed for the laminated beams with hygro-thermal effects. In the nonlinear solution of the problem, the Newton-Raphson method is used with incremental displacement. In order to verify of obtained formulations, a comparison study is performed. The effects of the fiber orientation angles, the stacking sequence of laminates, temperature rising and moisture changes on the nonlinear static displacements and configurations of the composite laminated beam are investigated in the numerical results.
In this paper, the elevated temperature on a concrete-galvalume composite beam's flexural strength based on the numerical and experimental methods is investigated. The strategy is to perform modeling and simulation of the flexural test based on finite element method (FEM) at room temperature and validate its results to experimental data at the same temperature. When the numerical model was proven valid, the model was utilized to simulate the effect of elevated temperatures on the composite element. The study concludes that the flexural strength of the beam decreases at higher temperature. Additionally, it was shown that cracking moments is susceptible to temperature fluctuation and the failure modes are sensitive concerning the elevated temperature.
Hosseini-Toudeshky, Hossein;Goodarzi, M. Saeed;Mohammadi, Bijan
Structural Engineering and Mechanics
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v.48
no.1
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pp.41-56
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2013
Initiation and growth of delamination is a great concern of designers of composite structures. Interface elements with de-cohesive constitutive law in the content of continuum damage mechanics can be used to predict initiation and growth of delamination in single and mixed mode conditions. In this paper, an interface element based on the cohesive zone method has been developed to simulate delaminatoin growth of post-buckled laminate under fatigue loading. The model was programmed as the user element and user material by the "User Programmable Features" in ANSYS finite element software. The interface element is a three-dimensional 20 node brick with small thickness. Because of mixed-mode condition of stress field at the delamination-front of post-buckled laminates, a mixed-mode bilinear constitutive law has been used as user material in this model. The constitutive law of interface element has been verified by modelling of a single element. A composite laminate with initial delamination under quasi-static compressive Loading available from literature has been remodeled with the present approach. Moreover, it will be shown that, the closer the delamination to the free surface of laminate, the slower the delamination growth under compressive fatigue loading. The effects of laminate configuration on delamination growth are also investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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