Kim, Young-Bok;Min, Dae-Hong;Lee, Deok-Bo;Choi, Nak-Sam
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.21
no.3
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pp.261-268
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2001
An investigation on nondestructive evaluation of thermal stress-nduced damage in the composite laminates (3mm in thickness and $[+45_6/-45_6]_s$ lay-up angles) has been performed using the thermo-acoustic emission technique. Reduction of thermo-AE events due to repetitive thermal load cycles showed a Kaiser effect. An analysis of the thermo-AE behavior determined the stress free temperature of composite laminates. Fiber fracture and matrix cracks were observed using the optical microscopy, scanning electron microscopy and ultrasonic C-sean. Short-Time Fourier Transform of thermo-AE signals offered the time-frequency characteristics which might classily the thermo-AE as three different types to estimate the damage processes of the composites.
A constitutive model on oorthotropic thermo-elasto-viscoplasticity for fiber-reinforced composite materials Is illustrated, and their thermomechanical responses are predicted with the fully-coupled finite element formulation. The unmixing-mixing scheme can be adopted with the multipartite matrix method as the constitutive model. Basic assumptions based upon the composite micromechanics are postulated, and the strain components of thermal expansion due to temperature change are included In the formulation. Also. more than two sets of mechanical variables, which represent the deformation states of multipartite matrix can be introduced arbitrarily. In particular, the unmixing-mixing scheme can be used with any well-known isotropic viscoplastic theory of the matrix material. The scheme unnecessitates the complex processes for developing an orthotropic viscoplastic theory. The governing equations based on fully-coupled thermomechanics are derived with constitutive arrangement by the unmixing-mixing concept. By considering some auxiliary conditions, the Initial-boundary value problem Is completely set up. As a tool of numerical analyses, the finite element method Is used with isoparametric Interpolation fer the displacement and the temperature fields. The equation of mutton and the energy conservation equation are spatially discretized, and then the time marching techniques such as the Newmark method and the Crank-Nicolson technique are applied. To solve the ultimate nonlinear simultaneous equations, a successive iteration algorithm is constructed with subincrementing technique. As a numerical study, a series of analyses are performed with the main focus on the thermomechanical coupling effect in composite materials. The progress of viscoplastic deformation, the stress-strain relation, and the temperature History are careful1y examined when composite laminates are subjected to repeated cyclic loading.
Kim Myung-Gon;Kang Sang-Guk;Kim Chun-Gon;Kong Cheol-Won
Composites Research
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v.17
no.6
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pp.52-57
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2004
In this study, mechanical tensile properties of carbon fiber reinforced polymeric (CFRP) composite cycled with thermo-mechanical loading under cryogenic temperature (CT) were measured using cryogenic environmental chamber. Thermo-mechanical tensile cyclic loading (up to 10 times) was applied to graphite/epoxy unidirectional laminate composites far room temperature (RT) to $-50^{\circ}C$, RT to $-100^{\circ}C$ and RT to $-150^{\circ}C$. Results showed that tensile stiffness obviously increased as temperature decreased while the thermo-mechanical cycling has little influence on it. Tensile strength, however, decreased as temperature down to CT while the reduction of strength showed little after CT-cycling. For the analysis of the test results, coefficient of thermal expansion (CTE) of laminate composite specimen at both RT and CT were measured and the interface between fiber and matrix was observed using SEM images.
Kim, Kyung-Su;Shim, Chun-Sik;Kwon, Young-Bin;Ko, Hee-Seung;Ki, Hyeok-Geun;Viswanathan, K.K.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.45
no.6
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pp.679-687
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2008
The fatigue life of ship structure under cyclic loading condition is made up of crack initiation and propagation stages. For a welding member in ship structure, the fatigue crack propagation life is more important than the fatigue crack initiation life. To calculate precisely the fatigue crack propagation life at the critical welding location, the knowledge of the residual stress sensitivity on the fatigue strength is necessary. In this study, thermo elastic-plastic analysis was conducted in order to examine the effect of residual stress on the fatigue crack propagation life. Also the fatigue crack propagation lives considering residual stress were calculated using fatigue crack growth code, AFGROW, on the basis of fracture mechanics. AFGROW is widely used for fatigue crack growth predictions under constant and variable amplitude loading. The reliability of AFGROW on the fatigue of ship structure was confirmed by the comparison of the estimated results with the fatigue propagation test results.
Nondestructive damage sensing and load transfer mechanisms of carbon nanotube (CNT) and nanofiber (CNF)/epoxy composites have been investigated by using electro-micromechanical technique. The electrospun PVDF nanofibers were also prepared as a piezoelectric sensor. The electro-micromechanical techniques were applied to evaluate sensing response of carbon nanocomposites by measuring electrical resistance under an uniform cyclic loading. Composites with higher volume content of CNT showed significantly higher tensile properties than neat and low volume$\%$ CNT composites. CNT composites showed humidity sensing within limited temperature range. CNT composites with smaller aspect ratio showed higher apparent modulus due to high volume content in case of shorter aspect ratio. Thermal treated electrospun PVDF nanofiber showed higher mechanical properties than the untreated case due to crystallinity increase, whereas load sensing decreased in heat treated case. Electrospun PVDF nanofiber web also showed sensing effect on humidity and temperature as well as stress transferring. Nanocomposites and electrospun PVDF nanofiber web can be applicable for sensing application.
This paper presents the thermo-elastic analysis for searching the behavior of carbon/carbon brake system during the braking period and the 3-D stress analysis to find the shape of the brake disk which is safe to the failure. The mechanical properties of the carbon/carbon brake disk were measured for both in-plane and out of plane directions. The mechanical properties were used as the input of the thermo-elastic analysis and 3-dimensional stress analysis for the brake disk. The gap between rotor clip and clip retainer is an important parameter in the loading transfer mechanism of the rotor disk. The change of gap was considered both the mechanical deformation and thermal deformation. Because the rotor clip and clip retainers were not contacted, they were excluded from the analysis model. Rotor disk was modeled by using the cyclic symmetry condition. The contact problems between rotor clip and key drum as well as between rotor disk and rotor were considered. From the results of the 3-D stress analysis, the stress concentration at the key hole of the brake disk was confirmed. The stress distributions were studied thor the variation of the rotation angle of the contact surface and the radius of curvature at the key hole part.
Jung, Yun Jin;Kwon, Young Bong;Kwak, Myong Keun;Bae, Kyu Woong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.18
no.5
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pp.543-551
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2006
Cold-formed steel studs that are being used as load-bearing members of wall panels for steel houses have a problem with their insulation due to the heat bridging of their web. Some additional thermal insulating materials should be used. To solve this problem, the new-concept hybrid stud, which consists of a galvanized steel sheet (t = 1.0 m - 12.0 m) and a GFRP panel (t = 4.0-6.0 mm), has recently been developed. An investigation on the structural behavior and the strength capacity of this new hybrid stud has been conducted so that it can be used in load-bearing wall panels of residential buildings. This paper describes the axial compression-torsion test results of the hybrid studs under both axial compression and torsion using ATTM. The main factors of the test were the stud length, the magnitude of the initial compressive force, and the loading method of the monotonic or cyclic loading. The torsion was applied increasingly while the initial compression was kept constant to the failure of the hybrid section. The advanced analysis results obtained form the finite element procedure that considered the material properties of the high-strength galvanized steel and the GFRP were compared with the test results for verification.
Choi, Woo Sung;Song, Gee Wook;Chang, Sung Yong;Kim, Beom Soo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.10
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pp.1185-1191
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2014
Gas turbine blades that have complex geometry of the cooling holes and cooling passages are usually subjected to cyclic and sustained thermal loads due to changes in the operating characteristic in combined power plants; these results in non-uniform temperature and stress distributions according to time to gas turbine blades. Those operation conditions cause creep or thermo-mechanical fatigue damage and reduce the lifetime of gas turbine blades. Thus, an accurate analysis of the stresses caused by various loading conditions is required to ensure the integrity and to ensure an accurate life assessment of the components of a gas turbine. It is well known that computational analysis such as cross-linking process including CFD, heat transfer and stress analysis is used as an alternative to demonstration test. In this paper, temperatures and stresses of gas turbine blade were calculated with fluid-structural analysis integrating fluid-thermal-solid analysis methodologies by considering actual operation conditions. Based on analysis results, additionally, the total lifetime was obtained using creep and thermo-mechanical damage model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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