This study carried out finite element vibration analysis of pole structures made of GFRP, which is based on the micro-mechanical approach for different fiber-volume fractions. The finite element (FE) models for composite structures using multi-scale approaches described in this paper is attractive not only because it shows excellent accuracy in analysis but also it shows the effect of the material combination. The FE model is used for studying free vibrations of laminated composite poles for various fiber-volume fractions. In particular, new results reported in this paper are focused on the significant effects of the fiber-volume fraction for various parameters, such as fiber angles, layup sequences, and length-thickness ratios. It may be concluded from this study that the combination effect of fiber and matrix, largely governing the dynamic characteristics of composite structures, should not be neglected and thus the optimal combination could be used to design such civil structures for better dynamic performance.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.1
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pp.61-71
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2014
This study carried out finite element vibration analysis of composite plate structures for construction using multi-scale approaches, which is based on the higher-order theory. The finite element (FE) models for composite structures using multi-scale approaches described in this paper is attractive not only because it shows excellent accuracy in analysis but also it shows the effect of the material combination. The FE model is used for studying free vibrations of laminated composite plates for various fiber-volume fractions. In particular, new results reported in this paper are focused on the significant effects of the fiber-volume fraction for various parameters, such as fiber angles, layup sequences, and length-thickness ratios. It may be concluded from this study that the combination effect of fiber and matrix, largely governing the dynamic characteristics of composite structures, should not be neglected and thus the optimal combination could be used to design such civil structures for better dynamic performance.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.24
no.3
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pp.233-239
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2004
Smart material is used in various applications such as for glass frame, for medical instruments and for a part of sensors. Smart composite materials ran be applied to a part of aircraft and to the on-line monitoring system for industrial structures, using the shape memory effect. However, it is very difficult to simulate and analyze the shape memory effect in smart composites. In this paper, a two dimensional axisymmetric model was proposed to analyze the smart composite of one fiber and matrix using the finite element method(FEM). The finite element analysis was carried out in two renditions of the room temperature(293K) and a higher temperature (363K). The results we.e compared with the experimental results to confirm the validity of the analysis. In addition, the acoustic emission(AE) technique was used to study the microscopic damage behavior and the effect of pre-strains on TiNi/A16061 shape memory alloy composite.
This paper describes the crashworthiness evaluation and performance improvement of tilting train made of sandwich composites. The applied sandwich composite of carbody structure was composed of aluminum honeycomb core and glass/epoxy & carbon/epoxy laminate composite facesheet. Crashworthiness analysis of tilting train was carried out using explicit finite element analysis code LS-DYNA 3D. The 3D finite element model and 1D equivalent model were applied to save the finite element modeling and calculation time for crash analysis. The crash conditions of tilting train were conducted according to four crash scenarios of the Korean railway safety law. It found that the crashworthiness analysis results were satisfied with the performance requirements except the crash scenario-2. In order to meet the crashworthiness requirements for crash scenario-2, the stiffness reinforcement for the laminate composite cover and metal frames of cabmask structure was proposed. Consequentially, it has satisfied the requirement for crash scenario-2.
Connections with damage concentrated to pre-selected components can enhance seismic resilience for moment resisting frames. These pre-selected components always yield early to dissipate energy, and their energy dissipation mechanisms vary from one to another, depending on their position in the connection, geometry configuration details, and mechanical characteristics. This paper presents behaviour insights on two types of beam-to-beam connections that the angles were designed as energy dissipation components, through the results of experimental study and finite element analysis. Firstly, an experimental programme was reviewed, and key responses concerning the working mechanism of the connections were presented, including strain distribution at the critical section, section force responses of essential components, and initial stiffness of test specimens. Subsequently, finite element models of three specimens were established to further interpret their behaviour and response that were not observable in the tests. The moment and shear force transfer paths of the composite connections were clarified through the test results and finite element analysis. It was observed that the bending moment is mainly resisted by axial forces from the components, and the dominant axial force is from the bottom angles; the shear force at the critical section is primarily taken by the slab and the components near the top flange. Lastly, based on the insights on the load transfer path of the composite connections, preliminary design recommendations are proposed. In particular, a resistance requirement, quantified by a moment capacity ratio, was placed on the connections. Design models and equations were also developed for predicting the yield moment resistance and the shear resistance of the connections. A flexible beam model was proposed to quantify the shear resistance of essential components.
Analytical solutions and finite element results of laminated composite plates with smart material layers embedded in them are presented in this study. The third-order plate theory of Reddy is used to study vibration suppression characteristics. The analytical solution for simply supported boundary conditions is based on the Navier solution procedure. The velocity feedback control is used. Parametric effects of the position of the smart material layers, material properties, and control parameters on the suppression time are investigated. It has been found that (a) the minimum vibration suppression time is achieved by placing the smart material layers farthest from the neutral axis, (b) using thinner smart material layers have better vibration attenuation characteristics, and, (c) the vibration suppression time is larger for a lower value of the feedback control coefficient.
Ghasemi, Ahmad Reza;Jahanshir, Arezu;Tarighat, Mohammad Hassan
Wind and Structures
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v.18
no.2
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pp.103-116
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2014
Aeroelasticity is the main source of instability in structures which are subjected to aerodynamic forces. One of the major reasons of instability is the coupling of bending and torsional vibration of the flexible bodies, which is known as flutter. The presented investigation aims to study the aeroelastic stability of composite blades of wind turbine. Geometry, layup, and loading of the turbine blades made of laminated composites were calculated and evaluated. To study the flutter phenomenon of the blades, two numerical and analytical methods were selected. The finite element method (FEM), and JAR-23 standard were used to perform the numerical studies. In the analytical method, two degree freedom flutter and Lagrange's equations were employed to study the flutter phenomena analytically and estimate the flutter speed.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.05a
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pp.127-130
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2002
Vibration analysis of rotating blade is the main purpose of the present study. In this study, general formulation is performed for rotating shell structures including the centrifugal force, Coriolis acceleration and initial twist. Furthermore, simplified equations are derived for the case of an open cylindrical shell. Based on the concept of degenerated shell element with the Reisser-Mindlin's assumptions, the finite element method is adopted for solving the problems. In addition, it is investigated the effect of the stacking sequence of the composites on the vibration characteristics of the blade. The results are summarized for the various parameters such as the speed of rotation and pre-twist of the blade. Also, present results are compared with the previous works and experimental data.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.285-290
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2002
The double composite box girder is a structural system filled with concrete at the bottom of the steel box in the negative moment region increasing the flexural strengths. Flexural strengths of the double composite steel box girders are investigated through a series of the experimental tests and the numerical analysis. The experimental tests are performed on the three kinds of steel box girders with the different concrete depths including loom, 15cm, and 20cm. Moment-curvature relations are calculated based on the sectional analysis method describing the nonlinear natures of concrete and steel. In the finite element analysis the nonlinear nature of concrete is described based on the three dimensional four-parameter constitutive model recently developed and that of steel is described based on von Mises failure criterion. The ultimate flexural capacities of the box girders predicted using sectional analysis and finite element analysis show good agreement with those of the experiments.
Motivated by needs such as those in the aerospace industry, this paper demonstrates ability to significantly increase buckling loads of perforated composite laminated plates by synergizing FEM and a genetic optimization algorithm (GA). Plate geometry is discretized into specially-developed 3D degenerated eight-node shell isoparametric layered composite elements. General shell theory, involving incremental nonlinear finite element equilibrium equation, is employed. Fiber orientation within individual plies of each element is controlled independently by the genetic algorithm. Eigen buckling analysis is performed using the subspace iteration method. Available results demonstrate the approach is superior to more conventional methodologies such as modifying ply thickness or the stacking sequence of individual rectilinear plies having common fiber orientation through the plate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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