International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.3
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pp.360-369
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2015
A methodology for determining the design allowables of composite laminates by using lamina level test data and finite element analysis (FEA) is proposed and verified in this paper. An existing method that yields the laminate design allowables by using the complete test results for laminates was improved to reduce the expensive and time-consuming tests. Input property samples for FEA were generated after considering the statistical distribution characteristics of lamina level test data., and design allowables were derived from several FEA analyses of laminates. To apply and verify the proposed method, Hexcel 8552 IM7 test data were used. For both un-notched and open-hole laminate configurations, it was found that the design allowables obtained from the analysis correctly predicted the laminate test data within the confidence interval. The potential of the present simulation to substitute the laminate tests was demonstrated well.
The properties of composite materials, when compared to those of metallic materials, are highly variable due to many factors including the batch-to-batch variability of raw materials, the prepreg manufacturing process, material handling, part-fabrication techniques, ply-stacking sequences, environmental conditions, and test procedures. It is therefore necessary to apply reliable statistical-analysis techniques to obtain the design allowables of composite materials. A new composite-material qualification process has been developed by the Advanced General Aviation Transport Experiments (AGATE) consortium to yield the lamina-design allowables of composite materials according to standardized coupon-level tests and statistical techniques; moreover, the generated allowables database can be shared among multiple users without a repeating of the full qualification procedure by each user. In 2005, NASA established the National Center for Advanced Materials Performance (NCAMP) with the purpose of refining and enhancing the AGATE process to a self-sustaining level to serve the entire aerospace industry. In this paper, the statistical techniques and procedures for the generation of the allowables of aerospace composite materials will be discussed with a focus on the pooling-across-environments method.
This paper examines the statistical process that should be performed with caution in the composite material qualification and equivalency process, and describes statistically significant considerations on outlier finding and handling process, data pooling through normalization process, review for data distributions and design allowables determination process for structural analysis. Based on these considerations, the need for guidance on statistical process for aircraft manufacturers who use the composite material properties database are proposed.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.6
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pp.377-384
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2022
In the design of composite aircraft structures, it is very important to set material allowables and design values, which take into account certification. And when determining the material allowable and design value of composite structures, the static strength, damage tolerance requirements, and environmental effects should be considered. The building block approach has been applied to the civil and military aviation industry for a long time and provides the principal certification methodology. This current certification methodology is based on extensive testing including coupon, element, sub-component, and full scale test. In this paper, some examples of composite allowable tests have been presented and the fundamental background and application methods of the building block approach have been presented.
Structural qualification plan (SQP) for aerospace vehicle is based on material certification methodology, which must be approved by certification authority. It is internationally required to use of statistically based material allowables to design aerospace vehicles with aerospace materials. In order to comply with this regulation, it is necessary to establish relatively large amount of database, which increases test costs and time. Recently NASA/FAA develop the new methodology which results in cost, time, and risk reduction, and satisfies the regulation at the same time. This paper summarizes the certification methodology of materials system as a part of structural qualification plan (SQP) of aerospace vehicles and also thermal management of the vehicle system, like thermal protection materials system and thermally conductive material system. Materials design allowable was determined using this method for a carbon/epoxy composite material.
Since the time, cost and lack of regulatory information and guidance, one of the largest regulatory obstacles for an airframe manufacturer of polymer based advanced composite materials in certified aircraft applications, is to generate design allowables that will satisfy Airworthiness Regulations. In the past two decades, the design allowables used in military aircraft had been generated and applied in Korea, however the qualification of composite materials used in certifying airframe structure was not accomplished for design and demonstration of compliance to applicable airworthiness regulation. It is the intend of this paper that provide the basis of composite material qualification for small aircraft certification to the airworthiness regulation.
The Control Element Assembly(CEA) shroud is one of the most important components in the reactor vessel internals for the nuclear power plant. Because of the severe modification from its original design the structural integrity of this component has been questioned. In an attempt to resolve this question, the response of the CEA shroud to a random loading in the actual operating condition is calculated analytically and experimentally and compared to the code allowables to show that it is structurally adequate and acceptable for the long term operation.
The purpose of this study is to evaluate performance and safety of structures designed according to current seismic code or provisions (e.g., Uniform Building Code(UBC), NEHRP provisions, etc.) during lifetime of structures. The performance is represented in terns of reliability in this paper. To perform reliability analyses, a large number of time history response analyses for a given structure are usually required. In this study, to perform reliability analyses ground motions are generated based on nonstationary random process and structures are designed based on UBC. In this paper, responses of structures under a given earthquake is evaluated using dynamic nonlinear time history analyses and also an equivalent nonlinear system (ENS) with response scaling factors. The ENS system is described in the companion paper. Therefore, this paper evaluates the seismic performance of structures and also verify the accuracy of ENS.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.7
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pp.549-555
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2021
Open hole strength of composite laminates is often used as the design allowable strength for designing composite aircraft structures, particularly those structures subjected to impact loading. Generally, the degradation of strength due to a barely visible impact damage (BVID) is assumed as the strength of 6.0 mm hole diameter in 24.0 mm width specimen. In this study, the residual strength static tests of composite laminates containing circular holes have been performed to investigate the effects of fiber orientation structure on open hole strength. The point stress criterion using a characteristic length is used to predict the open hole strength. The finite element analysis has been used to validate the analytical method. From the test results, it is shown that the characteristic length is related to the percentage of 0°, ±45° and 90° plies of the laminate. And regression analysis has performed to determine the characteristic length and strength of no hole specimens on the arbitrary layup pattern.
Park, Sung-Jun;Ko, Myung-Gyun;Kim, Dong-Gwan;Kim, Sang-Kuk;Moon, Chang-Oh;Kweon, Jin-Hwe;Choi, Jin-Ho
Composites Research
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v.27
no.4
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pp.158-167
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2014
Final goal of this research is to establish the database for correlation factors which connects the test and analysis results of shear buckling allowables for composite plate. To accomplish the goal, extensive test and analysis works are required. In this paper, as the first step, a frame-type fixture for shear buckling test was designed and validated through the test and analysis. Final configuration of the fixture were determined via parametric study on the effect of specimen size, cross-sectional dimensions, and number of fastening bolts on the shear buckling load. Results of the study showed the designed frame-type fixture successfully induces the shear buckling of composite plate. However, there were deviations between the test results and analysis results for ideal case under pure shear load, which were mainly caused by the difference in plate sizes for both cases. The difference were larger in the plates with larger hole and simply supported boundary condition. It is concluded from the results that while the designed fixture can be used for the clamped plates with acceptable accuracy, it shows larger difference in the simply supported plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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