In this study, the three-dimensional finite element method is used to determine the stress intensity factor in Mode I and Mixed mode of a centered crack in an aluminum specimen repaired by a composite patch using contour integral. Various mesh densities were used to achieve convergence of the results. The effect of adhesive joint thickness, patch thickness, patch-specimen interface and layer sequence on the SIF was highlighted. The results obtained show that the patch-specimen contact surface is the best indicator of the deceleration of crack propagation, and hence of SIF reduction. Thus, the reduction in rigidity of the patch especially at adhesive layer-patch interface, allows the lowering of shear and normal stresses in the adhesive joint. The choice of the orientation of the adhesive layer-patch contact is important in the evolution of the shear and peel stresses. The patch will be more beneficial and effective while using the cross-layer on the contact surface.
Control of the mechanical behavior of composite materials and structures under monotonic and dynamic loads for cracks and damage is a vast and complex area of research. The modeling of the different physical phenomena and behavior characteristics of a composite material during deformation play an important role in the structural design. Our study aims to analyze numerically the energy release rate parameter G of a composite laminated plate (glass or boron / epoxy) cross-ply [$+{\alpha}$, $-{\alpha}$] in the presence of a crack between two circular notches under the effect of several parameters such as fiber orientation ${\alpha}$, the crack orientation ${\beta}$, the orientation ${\gamma}$ of the two considered circular notches and the effect of mechanical properties. Our results show clearly that both notches orientation has more effect on G than the cracks and fibers orientations.
Park, Keun-Man;Cho, Jin-Rae;Jung, Weui-Bong;Bae, Soo-Ryong
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.6
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pp.691-697
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2007
Numerical eigen analysis of beam-like structure can be easily and effectively done by various conventional beam theory-based methods. However, in case of the structures composed of composite-sectioned beams, the application of conventional numerical methods requires one to derive both equivalent material and geometry properties. In the present paper, these equivalent properties are derived by the transformed section method and the test FEM program is coded. The numerical accuracy of the proposed method is verified through the comparison with the ANSYS 3-D model.
In this study, structural analyses were carried out on the composite sandwich panel which was tested under compression loading. In the structural analyses, three types of finite element modelling were considered and linear buckling analysis and nonlinear analysis were performed for each FE-model. Through the analyses, it was found that shell elements for face parts and solid elements for core part were appropriate for the better prediction of the buckling load of the panel. If the material failure of the face is critical than overall buckling of the sandwich panel, the use of one shell element through the thickness direction was suitable in the FE-model for the better predictions of failure location and failure load.
Vertical reinforcement of soft ground using granular column is a very effective ground improvement technique which is being used fur increasing bearing capacity and decreasing settlement. In this study, the theories of elasticity and plasticity including the upper bound theorem of limit analysis were used to derive the equations for obtaining elastic properties and shear strength parameter of equivalent ground of composite foundation. The developed equations were verified using the finite element computer program, SAGE CRISP. For validation, finite element analyses were conducted f3r the various different cases including different type of soil and replacement ratios. The results of the analysis show that the proposed equation could determine the properties of equivalent ground material for practical application effectively.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.12
no.7
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pp.3280-3286
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2011
In recent years, many efforts have steadily been allocated to develop a new deck system in terms of its materials and structures in order to make up for the shortcomings of reinforced concrete deck. This study implemented and analyzed the verification for concrete composite beam with perfobond FRP as a permanent formwork and the tensile reinforcement, using non-linear finite element analysis program. Approximately 8-15% difference of ultimate failure load between numerical and experimental results were found and showed a similar figure of strain distribution in failure state.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.2
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pp.198-204
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1987
In a new involute-circular arc tooth profile which is composed of an involute curve in the vicinity of pitch point, a circular arc in the addendum part, and a curve in the dedendum part which is generated by the circular arc profile of mating gear tooth profile, the tooth contact stress is calculated analytically and the root fillet stress is calculated by the finite element analysis. The root fillet stress and the Hertzian contact stress of composite tooth profile gear are decreased with increasing the pressure angle and with decreasing the radius of circular arc and unwound angle. Compared with the standard involute gear, the root fillet stress is decreased by 2-15% and the Hertizian contact stress is decreased by 6-24%.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.12
no.11
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pp.5347-5356
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2011
In this paper, we compared various shear deformation functions for modelling anti-symmetric composite sandwich plates discretized by a mixed finite element method based on the Lagrangian/Hermite interpolation functions. These shear deformation theories uses polynomial, trigonometric, hyperbolic and exponential functions through the thickness direction, allowing for zero transverse shear stresses at the top and bottom surfaces of the plate. All shear deformation functions are compared with other available analytical/3D elasticity solutions, As a result, reasonable accuracy for investigated problems are predicted. Particularly, The present results show that the use of exponential shear deformation theory provides very good solutions for composite sandwich plates.
The computational post-buckling strength of the tilted sandwich composite shell structure is evaluated in this article. The computational responses are obtained using a mathematical model derived using the higher-order type of polynomial kinematic in association with the through-thickness stretching effect. Also, the sandwich deformation behaviour of the flexible soft-core sandwich structural model is expressed mathematically with the help of a generic nonlinear strain theory i.e. Green-Lagrange type strain-displacement relations. Subsequently, the model includes all of the nonlinear strain terms to account the actual deformation and discretized via displacement type of finite element. Further, the computer code is prepared (MATLAB environment) using the derived higher-order formulation in association with the direct iterative technique for the computation of temperature carrying capacity of the soft-core sandwich within the post-buckled regime. Further, the nonlinear finite element model has been tested to show its accuracy by solving a few numerical experimentations as same as the published example including the consistency behaviour. Lastly, the derived model is utilized to find the temperature load-carrying capacity under the influences of variable factors affecting the soft-core type sandwich structural design in the small (finite) strain and large deformation regime including the effect of tilt angle.
The Carrera Unified Formulation (CUF) is here extended to perform free-vibrational analyses of rotating structures. CUF is a hierarchical formulation, which enables one to obtain refined structural theories by writing the unknown displacement variables using generic functions of the cross-section coordinates (x, z). In this work, Taylor-like expansions are used. The increase of the theory order leads to three-dimensional solutions while, the classical beam models can be obtained as particular cases of the linear theory. The Finite Element technique is used to solve the weak form of the three-dimensional differential equations of motion in terms of "fundamental nuclei", whose forms do not depend on the adopted approximation. Including both gyroscopic and stiffening contributions, structures rotating about either transversal or longitudinal axis can be considered. In particular, the dynamic characteristics of thin-walled cylinders and composite blades are investigated to predict the frequency variations with the rotational speed. The results reveal that the present one-dimensional approach combines a significant accuracy with a very low computational cost compared with 2D and 3D solutions. The advantages are especially evident when deformable and composite structures are analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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