Young's modulus of composite has been predicted by Eshelby's equivalent inclusion method modified with Mori-Tanaka's mean field theory, where short fibers of aspect ratio distribution are assumed to be aligned. Young's modulus of the composite is predicted with the smallest class interval for simulating the actual distribution of fiber aspect ratio, which is compared with that computed using different class intervals. Young's modulus of the composite predicted with mean aspect ratio or the largest class interval is overestimated by the maximum 10%. As the class interval of short fibers for predicting Young's modulus decreases, the predicted results show good agreements with those obtained using the actual distribution of fiber aspect ratio. It can be finally concluded from the study that if and only if the class interval of short fiber normalized by the maximum aspect ratio is smaller than 0.1, the predicted results are consistent with those obtained using the actual distribution of aspect ratio.
In the present study, the various dynamic properties of MWCNT embedded fiber reinforced polymer uniform and tapered composite (MWCNT-FRP) plates are investigated. Various configurations of a tapered composite plate with ply-drop off and uniform composite plate have been considered for the development of the finite element formulation and experimental investigations. First order shear deformation theory (FSDT) has been used to derive the kinetic and potential energy equations of the hybrid composite plates by including the effect of rotary inertia, shear deformation and non-uniformity in thickness of the plate. The governing equations of motion of FRP composite plates without and with MWCNT reinforcement are derived by considering a nine- node rectangular element with five degrees of freedom (DOF) at each node. The effectiveness of the developed finite element formulation has been demonstrated by comparing the natural frequencies and damping ratio of FRP composite plates without and with MWCNT reinforcement obtained experimentally. Various parametric studies are also performed to study the effect of CNT volume fraction and CNT aspect ratio of the composite plate on the natural frequencies of different configurations of CNT reinforced hybrid composite plates. Further the forced vibration analysis is performed to compare the dynamic response of the various configurations of MWCNT-GFRP composite plate with GFRP composite plate under harmonic excitations. It was observed that the fundamental natural frequency and damping ratio of the GFRP composite plate increase approximately 8% and 37% respectively with 0.5wt% reinforcement of MWCNT under CFCF boundary condition. The natural frequencies of MWCNT-GFRP hybrid composite plates tend to decrease with the increase of MWCNT volume fraction beyond 2% due to agglomeration of CNT's. It is also observed that the aspect ratio of the CNT has negligible effect on the improvement of dynamics properties due to randomly orientation of CNT's.
This paper presents the vibration analysis of cracked ceramic-reinforced aluminum composite beams by using a method based on changes in modal strain energy. The crack is considered to be straight. The effective properties of composite materials of the beams are estimated through Mori-Tanaka micromechanical model. Comparison study and numerical simulations with various parameters; ceramic volume fraction, reinforcement aspect ratio, ratio of the reinforcement Young's modulus to the matrix Young's modulus and ratio of the reinforcement density to the matrix density are taken into investigation. Results demonstrate the pronounced effects of these parameters on intact and cracked ceramic aluminum beams.
In this paper, the relationships between volumetric mixing ratio of rubber chip and physical and mechanical properties of wood/rubber composite panel was examined in order to investigate the mixture characteristics of wood and rubber chip. Because of the specific gravity of rubber differed from wood chip, physical properties of wood/rubber composite panel was shown very different values by mixing rate of chip element. Specific gravity in air-dry of composite panel was increased rapidly as volumetric percent of rubber chip was increased. Moisture content of composite panel was decreased as volumetric percent of rubber chip element was increased. This results was considered that wood weight is light and porosity material for moisture absorption. Compressive strength and modulus of rupture in bending test were decreased as volumetric percent of rubber chip increased. By mixing ratio control of chip elements, various wood/rubber composite panel can be applicable to every interior materials such as subfloor, playground, and exterior materials such as road blocks for recreational facilities in garden and forest and city parks.
With the wide applications of fiber-reinforced composite material in aero-structures and mechanical parts, the design of composite joints have become a very important research area because the joints are often the weakest areas in composite structures. This paper presents an analytical study of the stress distributions in mechanically single-fastened and multi-fastened composite laminates. The finite element models which treat the pin and hole contact problem using a contact stress analysis are described. A dimensionless stress concentration factor is used to compare the stress distributions in composite laminates quantitatively In the case of single-pin loaded composite laminate, the effects of stacking sequence, the ratio of a hole diameter and the width of a laminate (W/D ratio), the ratio of hole diameter and distance from edge to hole (E/D ratio), friction coefficient and clamping force are considered. In the case of multi-pin loaded composite laminate, the influence of the number of pins, pitch distance, number of rows, row spacing and hole pattern are considered. The results show that P/D ratio and E/D ratio affect more on stress distributions near the hole boundary than the other factors. In the case of multi-pin loaded composite laminate, the stress concentration in the double column case is better than the other cases of multi-pin loaded composite laminate.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.10
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pp.1609-1618
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1997
Thermo-mechanical behaviors of polymer matrix composite(PMC) with continuous TiNi fiber are studied using theoretical analysis with 1-D analytical model and numerical analysis with 2-D multi-fiber finite element(FE) model. It is found that both compressive stress in matrix and tensile stress in TiNi fiber are the source of strengthening mechanisms and thermo-mechanical coupling. Thermal expansion of continuous TiNi fiber reinforced PMC has been compared with various mechanical behaviors as a function of fiber volume fraction, degree of pre-strain and modulus ratio between TiNi fiber and polymer matrix. Based on the concept of so-called shape memory composite(SMC) with a permanent shape memory effect, the critical modulus ratio is determined to obtain a smart composite with no or minimum thermal deformation. The critical modulus ratio should be a major factor for design and manufacturing of SMC.
Concrete filled rectangular steel tubular (CFRST) composite truss girder is composed of the CFRST truss and concrete slab. The failure mechanism of the girder was different under bending and shear failure modes. The bending and shear strength of the girder were investigated experimentally. The influences of composite effect and shear to span ratio on failure modes of the girder was studied. Results indicated that the top chord and the joint of the truss were strengthened by the composited effect. The failure modes of the specimens were changed from the joint on top chord to the bottom chord. However, the composite effect had limited effect on the failure modes of the girder with small shear to span ratio. The concrete slab and top chord can be regarded as the composite top chord. In this case, the axial force distribution of the girder was close to the pin-jointed truss model. An approach of strength prediction was proposed which can take the composite effect and shear to span ratio into account. The approach gave accurate predictions on the strength of CFRST composite truss girder under different bending and shear failure modes.
This paper presents the axial compression behavior of partially encased composite (PEC) columns using H-shaped structural steel. In the experimental program, a total of eight PEC columns with H-shaped steel sections of different flange and web slenderness ratios were tested to investigate the interactive mechanism between steel and concrete. The test results showed that the PEC columns could sustain the load well beyond the peak load provided that the flange slenderness ratio was not greater than five. In addition, the previous analytical model was extended to predict the axial load-strain relationships of the PEC columns with H-shaped steel sections. A good agreement between the predicted load-strain relationships and test data was observed. Using the analytical model, the effects of compressive strength of concrete (21 to 69 MPa), yield strength of steel (245 to 525 MPa), slenderness ratio of flange (4 to 10), and slenderness ratio of web (10 to 25) on the interactive mechanism (Kh = confinement factor for highly confined concrete and Kw = reduction factor for steel web) and ductility index (DI = ratio between strain at peak load and strain at proportional load) were assessed. The numerical results showed that the slenderness of steel flange and yield strength of steel significantly influenced the compression behavior of the PEC columns.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2014.11a
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pp.175-176
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2014
Recently, in the apartment house of our country, office building, apartment, and etc, the lightweight composite panel is much used as the partition wall body. This is due to be very convenient when the execution and dismantling is convenient and it forms the space which the consumer in the space desires. Therefore, in this research, the thermal conductivity property of the lightweight composite panel core according to the replacement ratio variation of the pearlite tries to be analyze. As the density test result and replacement ratio of the pearlite increased, the density showed the tendency to rise. the replacement ratio of the pearlite increased, the absorption rate showed the tendency to fall. And this is determined that absorption rate is degraded due to the increase in the density. the thermal conductivity test result and pearlite replacement ratio increased, the tendency that the thermal conductivity increases was represented.
This paper investigates dynamic characteristics of a graphene nanoplatelets reinforced composite (GNPRC) sandwich doubly curved shell based on the first-order shear deformation theory (FSDT) and Hamilton's principle. The sandwich doubly curved shell is fabricated from a core made of honeycomb materials sandwiched by composite GNPs reinforced face-sheets. Effective materials properties of composite face-sheets are assumed to vary based on Halpin-Tsai micromechanical models and rule of mixture. Furthermore, the material properties of honeycomb core are estimated using Gibson's formula. The fundamental frequencies of the shell are computed with changes of main geometrical and material properties such as amount and distribution type of graphene nanoplatelets, side length ratio, thickness to length ratio of and side length ratio of honeycomb. The Navier's technique is presented to obtain responses. Accuracy and trueness of the present model and analytical solution is confirmed through comparison of the results with available results in literature. It is concluded that an increase in thickness to length ratio yields a softer core with lower natural frequencies. Furthermore, increase in height to length ratio leads to significant decrease in natural frequencies.
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