Woo, Kyeongsik;Kim, In-Gul;Kim, Jong Heon;Cairns, Douglas S.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.2
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pp.236-244
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2017
In this study, the high-velocity impact penetration behavior of $[45/0/-45/90]_{ns}$ carbon/epoxy composite laminates was studied. The considered configuration includes a spherical steel ball impacting clamped circular laminates with various thicknesses and diameters. First, the impact experiment was performed to measure residual velocity and extent of damage. Next, the impact experiment was numerically simulated through finite element analysis using LS-dyna. Three-dimensional solid elements were used to model each ply of the laminates discretely, and progressive material failure was modeled using MAT162. The result indicated that the finite element simulation yielded residual velocities and damage modes well-matched with those obtained from the experiment. It was found that fiber damage was localized near the impactor penetration path, while matrix and delamination damage were much more spread out with the damage mode showing a dependency on the orientation angles and ply locations. The ballistic-limit velocities obtained by fitting the residual velocities increased almost linearly versus the laminate diameter, but the amount of increase was small, showing that the impact energy was absorbed mostly by the localized impact damage and that the influence of the laminate size was not significant at high-velocity impact.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.5
no.4
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pp.20-30
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2001
This study represents the Nondestructive Test about impact damage of composite materials made by different lay-up patterns and degrees. For this study, they were examined by the drop test on composite materials of two type lap-up patterns with fabric and unidirectional prepreg and examined nondestructive test of those. Nondestructive methods were X-ray test with $ZnI_2$ penetrant and Ultrasonic C-scan. The defect detectability of X-ray and Ultrasonic test was compared according to defect species. And the amounts of damage on impacted zone wert compared according to impact energy on two type test specimens. At results, Ultrasonic test was more effective to detect delamination and Penetrant X-ray test was more effective to detect matrix crack and fiber fracture. There were some differences in defect shapes and grades according to lay-up patterns and degrees, and the trend appeared that matrix crack, delamination, fiber fracture occured and increasing defects sizes according to increasing impact energy.
Clegg, Harry M.;Dell'Anno, Giuseppe;Partridge, Ivana K.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.6
no.2
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pp.145-156
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2019
As the industrial desire for a step change in productivity within the manufacture of composite structures increases, so does the interest in Through-Thickness Reinforcement technologies. As manufacturers look to increase the production rate, whilst reducing cost, Through-Thickness Reinforcement technologies represent valid methods to reinforce structural joints, as well as providing a potential alternative to mechanical fastening and bolting. The use of tufting promises to resolve the typically low delamination resistance, which is necessary when it comes to creating intersections within complex composite structures. Emerging methods include the use of 3D woven connectors, and orthogonally intersecting fibre packs, with the components secured by the selective insertion of microfasteners in the form of tufts. Intersections of this type are prevalent in aeronautical applications, as a typical connection to be found in aircraft wing structures, and their intersections with the composite skin and other structural elements. The common practice is to create back-to-back composite "L's", or to utilise a machined metallic connector, mechanically fastened to the remainder of the structure. 3D woven connectors and selective Through-Thickness Reinforcement promise to increase the ultimate load that the structure can bear, whilst reducing manufacturing complexity, increasing the load carrying capability and facilitating the automated production of parts of the composite structure. This paper provides an overview of the currently available methods for creating intersections within composite structures and compares them to alternatives involving the use of 3D woven connectors, and the application of selective Through-Thickness Reinforcement for enhanced damage tolerance. The use of tufts is investigated, and their effect on the load carrying ability of the structure is examined. The results of mechanical tests are presented for each of the methods described, and their failure characteristics examined.
A study is made on the characterization of damage tolerance by spherical indentation in hardly coated layer structure with modest elastic modulus mismatch. A hard silicon nitride is prepared for the coating material and silicon nitride with 5wt% of boron nitride composites for underlayer. Hot pressing to eliminate the effect of interface delamination during the fracture makes strong interfacial bonding. The elastic modulus mismatch between the layers is not only large enough to suppress the surface crack initiation from the coating layer but sufficiently small to prevent the initiation of radial crack from the interface. The strength degradation of the layer structure after sphere contact indentation does not significantly occur, while the degradation of silicon nitride-boron nitride composite is critical at a high load and high number of contacts.
A diagnostic investigation of the conservation state of damaged murals of the Payathonzu temple mainly indicated delamination, exfoliation, and contamination of the coloring layer; cracks and damage to the wall; and separation from gaps. In particular, vulnerabilities resulting from cracks in the wall and damage from gaps demand swift reinforcement measures. Ultrasonic testing uncovered damage caused by gaps between the base layer and plastered wall in several areas of the mural, vulnerable parts in the wall around the cracks, and considerable degradation of the physical properties where cracks and gaps were severe. Moisture measurements identified vast disparities in moisture depending on location even within a single area of the mural, and it was clear that these disparities were the result of environmental conditions such as humidity. Damage to the murals in monument 477 was the most severe, and a diagnostic of the physical properties uncovered severe physical damage to the upper part of the mural as well as to the corridor ceiling, thus presenting the need for conservation treatment utilizing scientific diagnosis as well as objective data.
In this paper a damage imaging technique using pre-stack migration is developed using Lamb (guided) wave propagation in composite structures for imaging multi damages by both numerical simulations and experimental studies. In particular, the paper focuses on the experimental study using a finite number of sensors for future practical applications. A composite laminate with a surface-mounted linear piezoelectric ceramic (PZT) disk array is illustrated as an example. Two types of damages, one straight-crack damage and two simulated circular-shaped delamination damage, have been studied. First, Mindlin plate theory is used to model Lamb waves propagating in laminates. The group velocities of flexural waves in the composite laminate are also derived from dispersion relations and validated by experiments. Then the pre-stack migration technique is performed by using a two-dimensional explicit finite difference algorithm to back-propagate the scattered energy to the damages and damages are imaged together with the excitation-time imaging conditions. Stacking these images together deduces the resulting image of damages. Both simulations and experimental results show that the pre-stack migration method is a promising method for damage identification in composite structures.
This study discusses a hypothetical method for tracking the propagation damage of Carbon Reinforced Fiber Plastic (CRFP) components underneath vibration fatigue. The High Cycle Fatigue (HCF) behavior of composite materials was generally not as severe as this of admixture alloys. Each fissure initiation in metal alloys may quickly lead to the opposite. The HCF behavior of composite materials is usually an extended state of continuous degradation between resin and fibers. The increase is that any layer-to-layer contact conditions during delamination opening will cause a dynamic complex response, which may be non-linear and dependent on temperature. Usually resulted from major deformations, it could be properly surveyed by a non-contact investigation system. Here, this article discusses the scanning laser application of that vibrometer to track the propagation damage of CRFP components underneath fatigue vibration loading. Thus, the study purpose is to demonstrate that the investigation method can implement systematically a series of hypothetical means and dynamic characteristics. The application of the relaxation method based on numerical simulation in the Artificial Intelligence (AI) Evolved Bat (EB) strategy to reduce the dynamic response is proved by numerical simulation. Thermal imaging cameras are also measurement parts of the chain and provide information in qualitative about the temperature location of the evolution and hot spots of damage.
Lamb waves have been a promising candidate for quantitative damage identification for various engineering structures, taking advantage of their superb capabilities of traveling for long distances with fast propagation and low attenuation. However, the application of Lamb waves in damage identification so far has been hampered by the fact that the characteristic signals associated with defects are generally weaker compared with those arising from boundary reflections, mode conversions and environmental noises, making it a tough task to achieve satisfactory damage identification from the time series. With awareness of this challenge, this paper proposes a time reversal-based technique to enhance the strength of damage-scattered signals, which has been previously applied to bulk wave-based damage detection successfully. The investigation includes (i) an analysis of Lamb wave propagation in a plate, generated by PZT patches mounted on the structure; (ii) an introduction of the time reversal theory dedicated for waveform reconstruction with a narrow-band input; (iii) a process of enhancing damage-scattered signals based on time reversal focalization; and (iv) the experimental investigation of the proposed approach to enhance the damage identification on a composite plate. The results have demonstrated that signals scattered by delamination in the composite plate can be enhanced remarkably with the assistance of the proposed process, benefiting from which the damage in the plate is identified with ease and high precision.
Jung, Hyun-Jin;Park, Ki Tae;Kim, Jae Hwan;Kwon, Tae Ho;Lee, Jong-Han
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.44
no.1
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pp.19-32
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2024
An investigation into the detailed safety diagnosis report indicates that domestic highway bridges mainly suffer from defects, deterioration, and damage due to physical forces. In particular, deterioration is an inevitable damage that occurs due to various environmental and external factors over time. In particular, bridge deck is very vulnerable to cracks, which occur along with various types of damages such as rebar corrosion and surface delamination. Thus, this study evaluates a correlation between heterogeneous damage and deterioration environment and then identifies the main causes of such heterogeneous damage. After all, a bridge heterogeneous damage prediction model was developed using random forests to determine the top five factors contributing to the occurrence of the heterogeneous damage. The results of the study would serve as a basic data for estimating bridge maintenance and budget.
The ruptured blade which is rotating at high speed can damage severely the all stage compressor blades and the turbine components. If the shattered blades flow downstream inside the turbine parts, then the turbine blades and vanes can be damaged. The small parts of shattered blades which are flowed into the turbine parts pass through without any damages in the leading edge of the first stage stationary blades. Then they bump against the convex side of the leading edge of the first stage moving blades and the trailing edge of the first stage stationary blades repeatedly. The debris of shattered blades may plug the cooling holes in the turbine blades and vanes. The dent damage and the coating delamination could be also occurred by the debris of shattered blades flowed downstream inside the combustion liner and the transition piece. This paper analyzes the influence on the turbine components and the damage mechanism and characteristics in case of the damaged blade of the multiple-stage axial flow compressor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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