A meso-scale model is proposed to study filament-wound composites with fiber undulations and crossovers. First, the crossover and undulation region is classified as the circumferential undulation and the helical undulation. Next, the two undulations are separately regarded as a series of sub-models to describe the meso-structure of undulations by using meso-parameters such as fiber orientation, fiber inclination angle, resin rich area, fiber volume fraction and bundle cross section. With the meso-structure model and the classic laminate theory, a method for calculating the stiffness of filament wound composites is eventually established. The effects of the fiber inclination angle, the fiber and resin volume fraction and the resin rich area on the stiffness are studied. The numerical results show that the elastic moduli for the circumferential undulation region decrease to a great extent as compared with that of the helical undulation region. Moreover, significant decrease in the elastic and shear moduli and increase in the Poisson's ratio are also found for the resin rich area. In addition, thickness and bundle section have evident effect on the equivalent stiffness of the fiber crossover and the undulation region.
In this study, the equivalent elastic modulus of flexible textile composites was predicted by nonlinear finite element analysis. The analysis was carried out considering the material nonlinearity of fiber tows and the geometrical nonlinearity during large deformation using commercial analysis software, ABAQUS. To account for the geometrical nonlinearity due to the large shear deformation of fiber tows, a user defined material algorithm was developed and inserted in ABAQUS. In results, nonlinear stress-strain curve for the flexible textile composites under uni-axial tension was predicted from which effective elastic modulus was obtained and compared to the test result. The effective elastic moduli were calculated for the various finite element models with different waviness ratio of fiber tow.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.04b
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pp.69-76
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2000
In this study, an improved analysis model for the more efficient and accurate structural analysis of cable-stayed bridges is presented. In this model, beam elements, of which stability functions are stabilized by the use of Taylor's series expansions, are used to model space frame structures, and truss elements, of which equivalent elastic moduli are evaluated on the assumption that the deflected shape of a cable has a catenary function, are used to model cables. By using the proposed analysis model, nonlinear static analysis and natural vibration analysis of 2-dimensional and 3-dimensional cable-stayed bridges are carried out and are compared with the analysis results reported by other researchers.
The present work is concerned with the development of a procedure for adaptive computations of shear localization problems. The maximum jump of equivalent strain rates across element boundaries is proposed as a simple error indicator based on interpolation errors, and successfully implemented in the adaptive mesh refinement scheme. The time step is controlled by using a parameter related to the Lipschitz constant, and state variables in target elements for refinements are transferred by $L_2$-projection. Consistent tangent moduli with a proper updating scheme for state variables are used to improve the numerical stability in the formation of shear bands. It is observed that the present adaptive mesh refinement procedure shows an excellent performance in the simulation of shear localization problems.
Mechanical moduli, such as Young's modulus (E), Bulks modulus (B), Shear modulus (S), longitudinal modulus (L), Poisson's ratio (σ) and micro Hardness (H) were theoretically calculated for (100-x)TeO2+x MgO glasses, where x = 10, 20, 30, 40 and 45 mol%, based on the Makishima-Mackenzie model. The estimated results showed that the mechanical moduli and the microhardness of the glasses were improved with the increase of the MgO contents in the TM glasses, while Poisson's ratio decreased with the increase in MgO content. Moreover, the radiation shielding capacity was evaluated for the studied TM glasses. Thus, the linear attenuation coefficient (LAC), mass attenuation coefficient (MAC), transmission factor (TF) and half-value thickness (𝚫0.5) were simulated for gamma photon energies between 0.344 and 1.406 MeV. The simulated results showed that glass TM10 with 10 mol % MgO possess the highest LAC and varied in the range between 0.259 and 0.711 cm-1, while TM45 glass with 45 mol % MgO possess the lowest LAC and vary in the range between 0.223 and 0.587 cm-1 at gamma photon energies between 0.344 and 1.406 MeV. Furthermore, the BXCOM program was applied to calculate the effective atomic number (Zeff), equivalent atomic number (Zeq) and buildup factors (EBF and EABF) of the glasses. The effective removal cross-section for the fast neutrons (ERCSFN, ∑R) was also calculated theoretically. The received data depicts that the lowest ∑R was achieved for TM10 glasses, where ∑R = 0.0193 cm2 g-1, while TM45 possesses the highest ERCSFN where ∑R = 0.0215 cm2 g-1.
The purpose of this study is to demonstrate the effect of in-situ rock stresses on the deformability and permeability of fractured rocks. Geological data were taken from the site investigation at Forsmark, Sweden, conducted by Swedish Nuclear Fuel and Waste Man-agement Company (SKB). A set of numerical experiments was conducted to determine the equivalent mechanical properties (essentially, elastic moduli and Poisson's ratio) and permeability, using a Discrete Fracture Network-Discrete Element Method (DFN-DEM) approach. The results show that both mechanical properties and permeability are highly dependent on stress because of the hyperbolic nature of the stiffness of fractures, different closure behavior of fractures, and change of fluid pathways caused by deformation. This study shows that proper characterization and consideration of in-situ stress are important not only for boundary conditions of a selected site but also for the understanding of the mechanical and hydraulic behavior of fractured rocks.
Using a Rheometries Fluids Spectrometer (RFS II), the dynamic viscoelastic properties of aqueous poly(ethylene oxide) (PEO) solutions in small amplitude oscillatory shear flow fields have been measured over a wide range of angular frequencies. The angular frequency dependence of the storage and loss moduli at various molecular weights and concentrations was reported in detail, and the result was interpreted using the concept of a Deborah number De. In addition, the experimentally determined critical angular frequency at which the storage and loss moduli become equivalent was compared with the calculated characteristic time (or its inverse value), and their physical significance in analyzing the dynamic viscoelastic behavior was discussed. Finally, the relationship between steady shear flow and dynamic viscoelstic properties was examined by evaluating the applicability of some proposed models that describe the correlations between steady flow viscosity and dynamic viscosity, dynamic fluidity, and complex viscosity. Main results obtained from this study can be summarized as follows: (1) At lower angular frequencies where De<1, the loss modulus is larger than the storage modulus. However, such a relation between the two moduli is reversed at higher angular frequencies where De>l, indicating that the elastic behavior becomes dominant to the viscous behavior at frequency range higher than a critical angular frequency. (2) A critical angular frequency is decreased as an increase in concentration and/or molecular weight. Both the viscous and elastic properties show a stronger dependence on the molecular weight than on the concentration. (3) A characteristic time is increased with increasing concentration and/or molecular weight. The power-law relationship holds between the inverse value of a characteristic time and a critical angular frequency. (4) Among the previously proposed models, the Cox-Merz rule implying the equivalence between the steady flow viscosity and the magnitude of the complex viscosity has the best validity. The Osaki relation can be regarded to some extent as a suitable model. However, the DeWitt, Pao and HusebyBlyler models are not applicable to describe the correlations between steady shear flow and dynamic viscoelastic properties.
Since the mechanical properties of the rubber connectors used in the vehicle structures are sensitive on the dynamic characteristics of the system, they must be exactly evaluated. In this paper, both finite deformation theory and Hookean model are considered to calculate the stiffness coefficients of rubber connectors. An expert system is developed by using finite element method. When the equivalent stiffness coefficients on the same kinds of isolators used in actual vehicles were emperically examined, the results were largely dispersed due to the lack of the quality control on the material properties. To compensate the errors caused by the mathematical modeling and the mechanical properties, a practical method which identifies the shear and bulk moduli of rubber with the experimented overall force-deformation curves is suggested and applied to the engine isolators of vehicle.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.11a
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pp.95-98
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2005
This paper proposes the solutions predicting the coefficient of the thermal expansion changes of composites which include the fiber-like shaped ($a_1$ > ($a_2$ = ($a_3$) and the disk-like shaped (al = a2> a3) inclusions like two dimensional geometries, which has one aspect ratios, ${\alpha}$ = ($a_1$ /($a_3$). The analysis follows the procedure developed for elastic moduli by using the generalized approach of Eshelby’s equivalent tensor. The influences of the aspect ratios, on the effective coefficient of thermal expansion of composites containing aligned isotropic inclusions are examined. This model should be limited to analyze the composites with unidirectionally aligned inclusions and with complete binding to each other of both matrix and inclusions having homogeneous properties. The coefficient of thermal expansion of composites (${\theta}_{11}$,${\theta}_{22}$and ${\theta}_{33}$) are investigated. From material data of the composites with glass fiber in epoxy resin, the thermal expansions along the aspect ratio were obtained and similar to the Chow model. The longitudinal coefficients of thermal expansion ${\theta}_{11}$decrease, as the aspect ratios increase. However, the transverse coefficients of thermal expansion ${\theta}_{22}$increase or decrease, as the aspect ratios increase. And both of them decrease, as the concentration increases.
Results of isothermal torsional oscillation tests are reported on melts of linear low density polyethylene and isotactic polypropylene. Prior to rheological tests, specimens were annealed at various temperatures ranging from $T_a$ = 180 to $310^{\circ}C$ for various amounts of time (from 30 to 120 min). Thermal treatment induced degradation of the melts and caused pronounced decreases in their molecular weights. With reference to the concept of transient networks, constitutive equations are developed for the viscoelastic response of polymer melts. A melt is treated as an equivalent network of strands bridged by junctions (entanglements and physical cross-links). The time-dependent response of the network is modelled as separation of active strands from and merging of dangling strands with temporary nodes. The stress-strain relations involve three adjustable parameters (the instantaneous shear modulus, the average activation energy for detachment of active strands, and the standard deviation of activation energies) that are determined by matching the dependencies of storage and loss moduli on frequency of oscillations. Good agreement is demonstrated between the experimental data and the results of numerical simulation. The study focuses on the effect of molecular weight of polymer melts on the material constants in the constitutive equations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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