This paper presents a new cost-effective hybrid GFRP-Concrete deck system that the GFRP panel serves as both tensile reinforcement and stay-in-place form. In order to understand the fatigue behavior of such hybrid deck, fatigue test on a full-scale specimen under sagging moment was conducted, and a series of static tests were also carried out after certain repeated loading cycles. The fatigue test results indicated that such hybrid deck has a good fatigue performance even after 3.1 million repeated loading cycles. A three-dimensional finite element model of the hybrid deck was established based on experimental work. The results from finite element analyses are in good agreement with those from the tests. In addition, flexural fatigue analysis considering the reduction in flexural stiffness and modulus under cyclic loading was carried out. The predicted flexural strength agreed well with the analytical strength from finite element simulation, and the calculated fatigue failure cycle was consistent with the result based on related S-N curve and finite element analyses. However, the flexural fatigue analytical results tended to be conservative compared to the tested results in safety side. The presented overall investigation may provide reference for the design and construction of such hybrid deck system.
A $C^0$ FE model developed based on an efficient higher order zigzag theory is used for hygrothermal analysis of laminated composite plates. The $C^0$ FE model satisfies the inter-laminar shear stress continuity at the interfaces and zero transverse shear stress conditions at plate top and bottom. In this model the first derivatives of transverse displacement have been treated as independent variables to circumvent the problem of $C^1$ continuity associated with the above plate theory. In the present theory the above mentioned $C^0$ continuity of the present element is compensated in the stiffness matrix formulation by using penalty parameter approach. In order to avoid stress oscillations observed in the displacement based finite element, the stress field derived from temperature/moisture fields (initial strains) must be consistent with total strain field. Special steps are introduced by field consistent approach (e.g., sampling at gauss points) to compensate this problem. A nine noded $C^0$ continuous isoparametric element is used in the proposed FE model. Comparison of present numerical results with other existing solutions shows that the proposed FE model is efficient, accurate and free of locking.
This paper provides a new technique for solving the static analysis of arbitrarily shaped composite plates by using Strong Formulation Finite Element Method (SFEM). Several papers in literature by the authors have presented the proposed technique as an extension of the classic Generalized Differential Quadrature (GDQ) procedure. The present methodology joins the high accuracy of the strong formulation with the versatility of the well-known Finite Element Method (FEM). The continuity conditions among the elements is carried out by the compatibility or continuity conditions. The mapping technique is used to transform both the governing differential equations and the compatibility conditions between two adjacent sub-domains into the regular master element in the computational space. The numerical implementation of the global algebraic system obtained by the technique at issue is easy and straightforward. The main novelty of this paper is the application of the stress and strain recovery once the displacement parameters are evaluated. Computer investigations concerning a large number of composite plates have been carried out. SFEM results are compared with those presented in literature and a perfect agreement is observed.
This paper extends the use of the hierarchic degenerated shell element to geometric non-linear analysis of composite laminated skew plates by the p-version of the finite element method. For the geometric non-linear analysis, the total Lagrangian formulation is adopted with moderately large displacement and small strain being accounted for in the sense of von Karman hypothesis. The present model is based on equivalent-single layer laminate theory with the first order shear deformation including a shear correction factor of 5/6. The integrals of Legendre polynomials are used for shape functions with p-level varying from 1 to 10. A wide variety of linear and non-linear results obtained by the p-version finite element model are presented for the laminated skew plates as well as laminated square plates. A numerical analysis is made to illustrate the influence of the geometric non-linear effect on the transverse deflections and the stresses with respect to width/depth ratio (a/h), skew angle (${\beta}$), and stacking sequence of layers. The present results are in good agreement with the results in literatures.
Purpose: The purpose of this study was to investigate the effect of sire and shape of retention element on the bond strength of indirect composite resin and metal. Material and method: The metal disk specimens, each 6mm in diameter, were cast from CrCo alloy. They were divided into 8 groups by applied retention element. retention bead group $B2\;({\phi}\;0.2mm),\;B4\;({\phi}\;0.4mm),\;B6\;({\phi}\;0.6mm),\;B8\;({\phi}\;0.8mm)$, retention crystal group C2 (0.2mm), C5 (0.5mm), C8 (0.8mm) and sandblasting group SB ($110{\mu}m\;Al_2O_3$ blasting) as control. Eighty-eight metal specimens were veneered with $TESCERA^{(R)}$ Indirect resin system. One specimen of each group was sectioned and the resin-metal bonding pattern at the interface was observed under measuring microscope. Other specimens were then tested for tensile bond strength on an Instron universal testing machine at a crosshead speed of 2mm/min. Results: 1. Compared to sandblasting, beads or crystals increased the resin-metal bond strength (P<.05). 2. 0.2mm retention crystals were most effective in improving the resin-metal bond strength (P>.05). 3. 0.2mm beads showed the highest bond strength among retention bead groups, but there was no statistically significant difference (P>.05). 4. Retention crystals tend to be higher in bond strength than retention beads due to wider surface area. 5. The larger retention element, the larger the undercut for the mechanical retention, but the gap at resin-metal interface was also increased. Conclusion: Within the limitations of this study, 0.2mm retention crystals were most effective in improving the resin-metal bond strength.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3A
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pp.457-464
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2006
Fiber-reinforced composite materials due to their high specific strength, high stiffness and light weight are becoming increasingly used in many engineering industry, especially in the aerospace, marin and civil, etc. In this paper, the buckling load and mode shapes of composite laminates with elliptical cross-section including transverse shear deformations are analyzed. For solving this problems, a versatile flat shell element has been developed by combining a membrane element with drilling degree-of-freedom and a plate bending element. Also, an improved shell element has been established by the combined use of the addition of enhanced assumed strain and the substitute shear strain fields. The combined influence of shell geometry and elliptical cross-sectional parameter, fiber angle, and lay-up on the buckling loads of elliptical cylinder is examined. The critical buckling loads and mode shapes analyzed here may serve as a benchmark for future investigations.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.04a
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pp.211-214
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2000
Filament wound pressure vessels have been studied for the efficient design tool to consider the variation of fiber angles through-the thickness direction. Filament winding patterns were simulated from semi-geodesic fiber path equation to calculate fiber path on arbitrary surface. Finite element analyses were performed considering fiber angle variation in longitudinal and thickness directions by ABAQUS. For the finite element modeling of the pressure tank, the 3-dimensional layered solid element was utilized. From the stress results of pressure tanks, maximum stress criterion in transverse direction was applied to modify material properties for failed region. In the end of each load increment, resultant layer stresses were compared with a failure criterion and properties were reduced to 1/10 for a failed layer. Results of progressive failure analysis were compared with two experimental data.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.13-18
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2001
This paper deals with finite element analysis for free vibration and forced sine vibration of Ka- and Ku- bend antenna structures using MSC/PATRAN/NASTRAN. The structures are designed to satisfy minimum resonance frequency requirement in order to decouple the dynamic interaction of the satellite with the spacecraft bus structure. From the forced sinusoidal vibration, we have observed output acceleration versus input in X-,Y- and Z- direction, based on base excitation using large mass method. The results of finite elements analysis can be used as the reference data for the experimental test of satellite antenna, resulting in the reduction of cost and time by predicting and complementing experimental data.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.800-804
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2005
In this paper, the radiated sound pressure induced by low velocity impact is obtained by solving the Rayleigh integral equation. For structurally radiated noise, the sound field is directly coupled to the structural motion. Therefore the impact response should be analyzed. It is well known that the presence of the delamination in a composite laminate introduces a local flexibility which changes the dynamic characteristic of the structure. The 2-D simplified delamination model is used to analyze the impact response. And the 3-D non-linear finite element model is developed using gap element to avoid the overlap and penetration between the upper and lower sub-laminates at delamination region. Predicted impact response using 2-D equivalent delamination model are compared with the numerical ones from the 3-D non-linear finite element model.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.5
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pp.537-544
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2009
In order to increase the critical speed of rotating disks of which functional material could not be changed such as in optical and magnetic data storage disks, a new disk with a rim reinforced by composite material is proposed and its concept is verified by numerical analysis. Stress distributions are found for the rotating disk composed of two annular disks of which materials are isotropic inside and orthotropic outside. Dynamic equation is formulated in order to calculate the natural frequency and critical speed. For the solution of lateral vibration, a rotational symmertry condition is applied along circumferential direction and a finite element interpolation with Hermite polynomial is performed along the radial direction to obtain a proper solution. According to the results, reinforcing a disk at rim makes critical speeds drastically increased, and induces a buckling phenomenon in mode (0,0) which occurs over the lowest critical speed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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