In this study, free vibration and damping characteristics of composite beams with holes are investigated, experimentally and numerically. Two types of samples with different fabrics are used: unidirectional and woven. The effects of diameter, number and location of circular holes on the vibration characteristics of composite beams are examined. The effects of rotation angle and minor to major diameter ratio of the elliptical hole are also investigated numerically. Moreover, the mode shapes of all types of beams are obtained numerically. According to the results, the natural frequency decreases with increasing hole diameter but increases very little with increasing the distance between the hole center and the clamped end. Damping ratio decreases by increasing the diameter of hole. But it fluctuates by increasing the diameters of holes of beam having three holes. Furthermore it decreases by increasing the distance between hole center and clamped end except for the range 50 mm to 100 mm.
An analysis on thermal buckling and postbuckling of composite laminated plates reinforced with a low amount of graphene platelets is performed in the current investigation. It is assumed that graphaene platelets are randomly oriented and uniformly dispersed in each layer of the composite media. Elastic properties of the nanocomposite media are obtained by means of the modified Halpin-Tsai approach which takes into account the size effects of the graphene reinforcements. By means of the von $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ type of geometrical nonlinearity, third order shear deformation theory and nonuniform rational B-spline (NURBS) based isogeometric finite element method, the governing equations for the thermal postbuckling of nanocomposite plates in rectangular shape are established. These equations are solved by means of a direct displacement control strategy. Numerical examples are given to study the effects of boundary conditions, weight fraction of graphene platelets and distribution pattern of graphene platelets. It is shown that, with introduction of a small amount of graphene platelets into the matrix of the composite media, the critical buckling temperature of the plate may be enhanced and thermal postbuckling deflection may be alleviated.
Pagani, A.;Zappino, E.;de Miguel, A.G.;Martilla, V.;Carrera, E.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.6
no.1
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pp.69-86
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2019
This paper discusses the use of the Digital Image Correlation (DIC) technique for the displacement and strain measurements of a wet lay-up composite wing. As opposed to classical strain gages, DIC allows to conduct full field strain analysis of simple to complex structural parts. In this work, wing-up bending tests and measurements of the composite wing of the Dardo Aspect by CFM Air are carried out through an ad-hoc test rig and the Q-400 DIC system by Dantec Dynamics. Also, the results are used to validate a finite element model of the structure under investigation.
This study deals with a method based on the modified bivariate gamma function for reconstructions of dynamic behavior of delaminated composite plates subjected to impact loads. The proposed bivariate gamma function is associated with micro-genetic algorithms, which is capable of solving inverse problems to determine the stiffness reduction associated with delamination. From computing the unknown parameters, it is possible for the entire dynamic response data to develop a prediction model of the dynamic response through a regression analysis based on the measurement data. The validity of the proposed method was verified by comparing with results employing a higher-order finite element model. Parametric results revealed that the proposed method can reconstruct dynamic responses and the stiffness reduction of delaminated composite plates can be investigated for different measurements and loading locations.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.19
no.1
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pp.65-73
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2019
This paper assesses the structural performance (force-slip response, slip modulus, and failure modes) of a CLT-concrete composite by conducting fifteen push-out test specimens. In addition, non-linear 3D finite element analysis was also developed to simulate the load-slip behavior of the CLT-concrete specimens under shear load. All 15 test specimens simulating the effect of concrete thickness, connection angle and penetration depth with four different shear connector types were built and tested to evaluate the flexural performance. Experimental results show that the maximum shear capacity for the composite action is obtained when the fixing angle is $90^{\circ}$ and the penetration depth of 95mm for SC normal screw was used to achieve ductile failure compared to other shear connectors.
A novel impact localization method is presented based on impact induced elastic waves in sensorized composite structure subjected to temperature fluctuations. In real practices, environmental and operational conditions influence the acquired signals and consequently make the feature (particularly Time of Arrival (TOA)) extraction process, complicated and troublesome. To overcome this complication, a robust TOA estimation method is proposed based on the times in which the absolute amplitude of the signal reaches to a specific amplitude value. The presented method requires prior knowledge about the normalized wave velocity in different directions of propagation. To this aim, a finite element model of the plate was built in ABAQUS/CAE. The impact location is then highlighted by calculating an error value at different points of the structure. The efficiency of the developed impact localization technique is experimentally evaluated by dropping steel balls with different energies on a carbon fiber composite plate with different temperatures. It is demonstrated that the developed technique is able to localize impacts with different energies even in the presence of noise and temperature fluctuations.
In this study, a cyclic tensile test on a notched butterfly specimen made of woven glass fiber composite was performed on a modified Arcan fixture. During the mechanical test, the sample was monitored with a hybrid stereoscopic system comprised of two visible lights and one infrared camera. The visible light cameras were employed for kinematic measurements using a finite-element-based multiview correlation technique. A semi-hybrid correlation approach was followed, providing Lagrangian temperature fields of the Region of Interest. Due to the complex composite architecture and specimen shape, localized shearing was observed during the tensile loading. Furthermore, asymmetrical damage developed around the notches as revealed by localized strains and thermal hot spots.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.1A
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pp.191-203
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2006
The vibration characteristics of composite stiffened laminated plates with stiffener is presented using the assumed natural strain 9-node shell element. To compare with previous research, the stiffened plates are composed of carbon-epoxy composite laminate with a symmetric stacking sequence. Also, the result of the present shell model for the stiffener made of composite material is compared with that of the beam model. In the case of torsionally weak stiffener, a local buckling occurs in the stiffener. In this case, the stiffener should be idealized by using the shell elements. The current investigation concentrates upon the vibration analysis of rectangular stiffened and unstiffened composite plates when subjected to the in-plane compression and shear loads. The in-plane compression affect the natural frequencies and mode shapes of the stiffened laminated composite plates and the increase in magnitude of the in-plane compressive load reduces the natural frequencies, which will become zero when the in-plane load is equal to the critical buckling load of the plate. The natural frequencies of composite stiffened plates with shear loads exhibit the higher values than the case of without shear loads. Also, the intersection, between the curves of frequencies against in-plane loads, interchanges the sequence of some of the mode shapes as a result of the increase in the inplane compressive load. The results are compared with those available in the literature and this result shows that the present shell model for the stiffened plate gives more accurate results. Therefore, the magnitude, direction type of the in-plane shear and compressive loads in laminated composite stiffened plates should be selected properly to control the specific frequency and mode shape. The Lanczos method is employed to solve the eigenvalue problems.
Kim, Myung-Hun;Han, Hun-Hee;Kim, Jae-Hyuk;Kim, Seong-Jong;Ha, Seong-Gyu
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.11a
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pp.169-172
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2005
A flywheel system is an electromechanical energy storage device that stores energy by rotating a rotor. The rotating part, supported by magnetic bearings, consists of the metallic shaft, composite rims of fiber-reinforced materials, and a hub that connects the rotor to the shaft. The delamination in the fiber wound composite rotor often lowered the performance of the flywheel energy storage system. In this work, an advanced hybrid composite rotor with a split hub was designed to both overcome the delamination problem in composite rim and prevent separation between composite rim and metallic shaft within all range of rotational speed. It was analyzed using a three-dimensional finite clement method. In order to demonstrate the predominant perfom1ance of the hybrid composite rotor with a split hub, a high spin test was performed up to 40,000 rpm. Four radial strains and another four circumferential strains were measured using a wireless telemetry system. These measured strains were in excellent agreement with the FE analysis. Most importantly, the radial strains were reduced using the hybrid composite rotor with a split hub, and all of them were compressive. As a conclusion, a compressive pressure on the inner surface of the proposed flywheel rotor was achieved, and it can lower the radial stresses within the composite rotor, enhancing the performance of the flywheel rotor.
Tensile stress loaded on smart composite structures and thermal stress occurred during the during process of the smart composite materials with embedded optical fiber sensors affect directly the mechanical behavior of the embedded optical fiber sensors within the smart composite structures. Stress distribution within the optical fiber sensors varies with respect to the stacking sequence of the composite laminate and the coating conditions of the optical fibers. The cracks occurred within the composite laminate affect not only the fracture of the composite laminate but also the fracture of the optical fiber sensors embedded within the composite laminate. In this study, firstly, stress distribution of the optical fiber sensors embedded within the composite laminate which is subjected to the tensile and thermal stresses was analyzed using Finite Element Method. And, secondly, the effect of the stacking sequence of the composite laminate and the coating conditions of the optical fiber sensors on the stress distribution of the optical fiber sensors was investigated. Finally, the effect of the crack occurred within the smart composite laminate on the fracture behavior of the optical fiber sensors was also observed through the tensile test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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