With increasing demands for high-speed machining and lightweight design of machine tools, increasing likeliness of generation of machine tool spindle vibrations has become an important issue. Spindle vibration has a significant impact on the surface finish of the workpiece in ultra-precision machining. It is necessary to resolve the machine tool spindle vibration in various machining processes to improve machining accuracy. In this paper, a TiC-SKH51 metal-matrix composite was used to suppress the vibration of the machine tool spindle. To confirm the dynamic characteristic of the TiC-SKH51 composite, impact hammer tests were conducted. After verifying the reliability of a finite element analysis (FEA) by comparing the results of the impact hammer test with the modal analysis using FEA, the analysis of the machine tool spindle model was performed. The FEA results show that the TiC-SKH51 composite applied machine tool spindle can be utilized to suppress the vibration generation.
Kim, C.;Kim, E. S.;Kim, J. H.;Choi, J. C.;Park, Y. S.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.656-660
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2002
The fiber reinforced composite material is widely used in the multi-industrial field where the weight reduction of the infrastructure is demanded because of their high specific modulus and specific strength. Pressure vessels using this composite material in comparison with conventional metal vessels can be applied in the field where lightweight and the high pressure is demanded from the defense and aerospace industry to rocket motor case due to the merits which are energy curtailment by the weight reduction and decrease of explosive damage precede to the sudden explosion which is generated by the pressure leakage condition. In this paper, for nonlinear finite element analysis of E-glass/epoxy filament winding composite pressure vessel receiving an internal pressure, the standard interpretation model is developed by using the ANSYS 5.7.1, the general commercial program, which is verified as the accuracy and useful characteristic of the solution based on Auto LISP and ANSYS APDL. Both the preprocessor for doing exclusive analysis of filament winding composite pressure vessel and postprocessor that simplifies result of analysis have been developed to help the design engineers.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.2
no.4
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pp.35-43
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2011
This study examined the structural behaviors of foam insulated concrete sandwich panels subjected to uniform pressure. Finite element models were used to simulate the detailed shear resistance of connectors and the nonlinear behaviors of concrete, foam and rebar components. The models were then validated using data from static tests performed at the University of Missouri. Both composite and non-composite action had a significant effect on the response of the foam insulated concrete sandwich panels, indicating that the simulated shear tie resistance should indeed be incorporated in numerical analyses. The modeling approach used here conveniently simulated the structural behaviors during all loading stages (elastic, yielding, ultimate and post-failure) and was compatible with the American Concrete Institute (ACI) Code and existing design practices. The results of this study will therefore provide useful guidelines for the analysis and design of foam insulated sandwich panels under both static and dynamic loadings.
Since composite structures are widely used in structural engineering, delamination in such structures is an important issue of research. Delamination is one of a principal cause of failure in composites. In This study the electrical potential (EP) technique is applied to detect and locate delamination in basalt fiber reinforced polymer (FRP) laminate composite pipe by using electrical capacitance sensor (ECS). The proposed EP method is able to identify and localize hidden delamination inside composite layers without overlapping with other method data accumulated to achieve an overall identification of the delamination location/size in a composite, with high accuracy, easy and low-cost. Twelve electrodes are mounted on the outer surface of the pipe. Afterwards, the delamination is introduced into between the three layers (0º/90º/0º)s laminates pipe, split into twelve scenarios. The dielectric properties change in basalt FRP pipe is measured before and after delamination occurred using arrays of electrical contacts and the variation in capacitance values, capacitance change and node potential distribution are analyzed. Using these changes in electrical potential due to delamination, a finite element simulation model for delamination location/size detection is generated by ANSYS and MATLAB, which are combined to simulate sensor characteristic. Response surfaces method (RSM) are adopted as a tool for solving inverse problems to estimate delamination location/size from the measured electrical potential changes of all segments between electrodes. The results show good convergence between the finite element model (FEM) and estimated results. Also the results indicate that the proposed method successfully assesses the delamination location/size for basalt FRP laminate composite pipes. The illustrated results are in excellent agreement with the experimental results available in the literature, thus validating the accuracy and reliability of the proposed technique.
Prestressed composite girder with concrete infilled steel tubes(PSC-CFT girder) is new type of bridge girder which enhances the resisting capacities due to the double composite action of PSC composite girder and concrete infilled tube. The flexural behaviors of PSC-CFT girder in the positive moment regions are investigated based on the experimental observations recently performed on two of 4.4m long specimens. The mechanical and structural roles and failure mechanism of the composite action are discussed through comparing the test results with those numerically predicted by the three methods of one- and three-dimensional nonlinear finite element analyses, and section analysis method.
This paper describes the bone healing process of fractured long bones such as a tibia applied by composite IM rods using finite element analysis. To simulated tissue differentiation process mechano-regulation theory with a deviatoric strain was implemented and a user's subroutine programmed by a Python code for an iterative calculation was used. To broadly find the appropriate rod modulus for healing bone fractures, composite IM rods were analyzed considering the stacking sequence. To compare mechanical stimulation at fracture gap, two kinds of initial loading conditions were applied. As a result, it was found that the initial loading condition was the most sensitive factor for the healing performance. In case a composite IM rod made of a plain weave carbon fiber/epoxy (WSN3k) had a stacking sequence of $[{\pm}45]_{nT}$, the healing efficiency was the most effective under a initial load of 10%BW.
Kim, Ka-Yeon;Chun, Heoung-Jae;Kang, Kyung-Tak;Lee, Kyung-Won;Hong, Ic-Pyo;Lee, Myoung-Keon
Composites Research
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v.24
no.1
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pp.37-44
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2011
In this paper, Particle Swarm Optimization(PSO) is applied to the design of the Frequency Selective Surface(FSS) and residual stresses of hybrid radome is predicted. An equivalent circuit model with Square Loops arrays was derived and then PSO was applied for acquiring the optimized geometrical parameters with proper resonant frequency. Residual stresses occur in the FSS embedded composite structures after cocuring and have a great influence on the strength of the FSS embedded composite structures. They also effect transmission quality because of delamination. Therefore, the thermal residual stresses of FSS embedded composite structures were analyzed using finite element analysis with considering the effects of FSS pattern, and composite stacking sequence.
As a fundamental structural element of construction, a pile is constructed to transfer loads from superstructure to foundation. In general, since the pile foundation is constructed in the ground or ground under water, it is difficult to protect from the damages due to moisture and/or salt which create corrosive environment and it is even more difficult to estimate its durability. In this study, in order to enhance the durability and constructibility of the pile foundation, FRP-concrete hybrid composite pile (HCFFT) is suggested. Moreover, equation for the prediction of load carrying capacity of HCFFT circular members under compression is suggested and discussed based on the results of analytical and experimental investigations. In addition, we also conducted the finite element simulation for the structural behavior of new HCFFT composite pile and the result is compared with those of experimental and analytical studies. In addition, the axial loading capacity of new HCFFT composite pile is compared with those of existing PHC pile and hollow circular steel pipe pile, and it was found that the new HCFFT composite pile has advantages over conventional PHC and steel pipe piles.
Modeling of thick composite structures for finite element analysis is relatively complicated. 2-D plane elements may cause inaccurate result since the plane stress condition cannot be applicable in these structures. Therefore a 3-D modeling should be used. However, the difficulty to model all the layers with different material properties and ply orientation arise in this case. In this paper, an equivalent modeling is proposed and numerically tested for analysis of thick composite structures. By grouping layers with same material and ply orientation, number of elements through the thickness is remarkably reduced and still the result is close enough to the one from a detail finite element model. MSC/NASTRAN and PATRAN are used for the analysis. The proposed modeling technique has been applied for analysis of composite rotor hub system designed by Korea Aerospace Research Institute(KARI). Using the proposed equivalent modeling technique, we could conduct stress analysis for the hub system and check the safety factor of each part.
The composite lattice structures have advantages of high specific stiffness and strength and are mainly applied to the structures of launch vehicles that carry the compressive load. However, since these structures are manufactured by filament winding technology, there are some defects and voids found in the knots. For these reasons, the stiffness and strength of the lattice structures have to be compared with finite element model for predicting design load. But, the full scale test is difficult because time and space are limited and the shape of structure is complex, and hence the simple and reliable test methods for examination of stiffness are needed. In this paper, subelements of composite lattice structures were prepared and compressive and bending test were conducted for examination of stiffness of helical and hoop rib. Test methods for subelements of composite lattice structures that has curved and twisted shape were supposed and compared with finite element analysis results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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