Ciminello, Monica;Ameduri, Salvatore;Concilio, Antonio;Dimino, Ignazio;Bettini, Paolo
Smart Structures and Systems
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제20권4호
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pp.441-450
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2017
The objective of this work is to present a conceptual design and the modelling of a distributed sensor system based on fiber optic devices (Fiber Bragg Grating, FBG), aimed at measuring span-wise and chord-wise variations of an adaptive (morphing) trailing edge. The network is made of two different integrated solutions for revealing deformations of the reference morphing structure. Strains are confined to typical values along the span (length) but they are expected to overcome standard ranges along the chord (width), up to almost 10%. In this case, suitable architectures may introduce proper modulations to keep the measured deformation low while preserving the information content. In the current paper, the designed monitoring system combines the use of a span-wise fiber reinforced patch with a chord-wise sliding beam. The two elements make up a closed grid, allowing the reconstruction of the complete deformed shape under the acceptable assumption that the transformation refers to regular geometry variations. Herein, the design logic and some integration issues are reported. Preliminary experimental test results are finally presented.
It has been known that debonding failures between CFS(Carbon Fiber Sheet) and concrete in the strengthened RC beams are initiated by the peeling of the sheets in the region of combined large moment and shear forces, being accompanied by the large shear deformation after flexural cracks. These shear deformation effects are seldom occurred in small-scale model tests, but debondings due to the large shear deformation effects are often observed in a full-scale model tests. The premature debonding failure of CFS, therefore, must be avoided to confirm the design strength of full-scale RC beam in strengthening designs. The reinforcing details, so- called 'U-Shape fiber wrap at mid-span' which wrapped the RC flexural members around the webs and tension face at critical section with CFS additionally, were proposed in this study to prevent the debonding of CFS. Other reinforcing detail, so called 'U-Shape fiber wrap at beam end' were included in this tests and comparisons were made between them.
Earlier studies on hollow-circular rubber bearings, all of which are conducted for steel-reinforced bearings, indicate that the hole presence not only decreases the compression modulus of the bearing but also increases the maximum shear strain developing in the bearing due to compression, both of which are basic design parameters also for fiber-reinforced rubber bearings. This paper presents analytical solutions to the compression problem of hollow-circular fiber-reinforced rubber bearings. The problem is handled using the most-recent formulation of the "pressure method". The analytical solutions are, then, used to investigate the effects of reinforcement flexibility and hole presence on bearing's compression modulus and maximum shear strain in the bearing in view of four key parameters: (i) reinforcement extensibility, (ii) hole size, (iii) bearing's shape factor and (iv) rubber compressibility. It is shown that the compression stiffness of a hollow-circular fiber-reinforced bearing may decrease considerably as reinforcement flexibility and/or hole size increases particularly if the shape factor of the bearing is high and rubber compressibility is not negligible. Numerical studies also show that the existence of even a very small hole can increase the maximum shear strain in the bearing significantly, which has to be considered in the design of such annular bearings.
This paper presents the design strategy for the optimal RTM molds of Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) by carbon fiber draping and resin flow simulation. First, the mold shape and molding condition were determined considering the undercut and die face of the product in the draping simulation, which made the preliminary shape of the product by compressing the carbon fiber. After that, the diffusion behavior during the injection of resin in the mold was predicted by the resin flow simulation. Finally, the optimal mold shape was designed by selecting the locations of resin injection port and vent based on total results of simulations. In this paper, the mold of automotive side mirror case was selected as the representative product. Also, the actual mold was manufactured based on the simulation design to confirm the practicality of it. This study is expected to contribute to the industry as a technology to improve the reliability and productivity of CFRP producted by RTM process.
In this study, an optical fiber assembly directly coupled with a laser diode or a photo diode is designed to confirm high reliable optical coupling efficiency of optical transmitter(Tx) and receiver(Rx). The optical fiber assembly is fabricated by soldering an optical fiber and a Kovar ferrule using a glass solder after inserting an optical fiber through a Kovar ferrule. The Kovar which has good welding characteristics is applied to introduce laser welding technique. The glass solder has excellent thermal characteristics such as thermal shift delamination compared with PbSn, AuSn solder previously used usually. Furthermore, the glass solder doesn't need fiber metalization and this enables low cost fabrication. However, the glass soldering is high temperature process over 35$0^{\circ}C$ and the convex shape after solidification due to surface tension causes the stress concentration on optical fiber. The stress concentration on the optical fiber increases the optical insertion loss and possibility of crack formation. The shape of glass solder was designed referring to 2-D Axi-symmetric FEM simulation. To test the mechanical reliability, mechanical vibration test and shock test were done according to Telcorida GR-468-Core protocol. After each test, the optical loss of the stress distributed fiber assembly didn't exceed 0.5 dB, which passes the test.
형상기억합금(SMA)의 구조는 부가된 온도 혹은 응력에 의해 마텐자이트로부터 오스테나이트로의 변화가 가능하다는 것은 잘 알려져 있다. 형상기억합금섬유의 자체 형상회복력으로 인해 응력과 온도가 적용되는 동안에 응력이나 경화 모니터링 센서 또는 작동기로서 사용되었다. 초탄성 현상은 연속적인 기계적 하중 하에서나 온도변화 중에 응력-변형률 곡선에서 확인되었다. 반복하중 실험을 통해 응력-변형률 곡선에서 나타난 초탄성 현상 구간이 나타나는 응력 이력현상이 발생함을 확인하였다. 이것은 형상기억합금섬유 혹은 에폭시에 함침된 형상기억합금섬유 복합재료가 반복하중으로 계면물성 저하로 인한 형상기억 회복 성능의 저하를 의미한다. 강성도가 큰 에폭시 사용과 형상기억합금섬유의 표면처리 이후 형상기억합금섬유와 에폭시 사이의 계면결합력의 증대에도 불구하고 유사한 불완전한 초탄성을 보여 주었다. 단-형상기억합금섬유/에폭시 복합재료 내부에 남은 잔류 열과 이에 따른 잔류 응력으로 인해 에폭시에 함침된 단-형상기억합금섬유에서는 경화과정에서 불완전한 회복을 나타났다.
Thermomechanical behavior and mechanical properties of A16061 matrix composite with shape memory alloy(SMA) fiber are studied by using fnite element analysis(FEA). The smartness of the SMA is given due to the shape memory effect of the TiNi fiber which generates compressive residual stress in the matrix material when healed after being prestrained. In this paper, an analytical model is assumed two dimentional axisymetric model of one fiber and around the matrix. To evaluate the strength of composite usig FEM, the concept of smart composite was simulated on computer. The Shape memory effect(SME) simulation is very difficult using FEM because of the nonlinear analysis and the elastic plastic analysis. Thus, in this paper, the FEA was carried out at two critical temperature conditions; room temperature and high temperature(363K). The analysis is compare the finite element analysis result with the test result for the analysis validity.
In this research, optical fiber sensors and shape memory alloys (SMA) were incorporated into sandwich panels for development of a smart honeycomb sandwich structure with damage detection and shape recovery functions. First, small-diameter fiber Bragg grating (FBG) sensors were embedded in the adhesive layer between a CFRP face-sheet and an aluminum honeycomb core. From the change in the reflection spectrum of the FBG sensors, the debonding between the face-sheet and the core and the deformation of the face-sheet due to impact loading could be well detected. Then, the authors developed the SMA honeycomb core and bonded CFRP face-sheets to the core. When an impact load was applied to the panel, the cell walls of the core were buckled and the face-sheet was bent. However, after the panel was heated over the reverse transformation finish temperature of the SMA, the core buckling disappeared and the deflection of the face-sheet was relieved. Hence the bending stiffness of the panel could be recovered.
Thermo-mechanical behavior of discontinuous shape memory alloy(SMA) reinforced polymeric composite has been studied using modified shear lag theory and finite element(FE) analysis with 2-D multi-fiber model. The aligned and staggered models of short-fiber arrangement are employed. The effects of fiber overlap and aspect ratio on the thermomechanical responses such as the thermal expansion coefficient are investigated. It is found that the increase of both tensile stress(resistance stress) in SMA fiber and compressive stress in polymer matrix with increasing aspect ratio is the main cause of low thermal deformation of the composite.
This study is to investigate the properties on the load-deflection and fracture behaviors of the steel fiber reinforced concrete(SFRC) slab model specimens, Steel fibers of indent, crimp, and end hook shape were considered to reinforce the matrix under various mixing conditions and proportions. Initial cracking load, maximum load, and energy absorption capacity(load carrying capacity) of SFRC panel specimen increased with increase of steel fiber contents. And the plain concrete slab was fractured abruptly after maximum load but SRFC slabs were fractured smoothly by steel fibers in concrete matrix operated as cracking resistance force after maximum load. Indent, crimp and end hook shape steel fibers were effective in reinforcing the matrices but end hook type fiber were superior to indent and crimp type fibers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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