FMLC(Fiber-Metal Laminate Composites) is a new structural material combining thin metal laminate with adhesive fiber prepreg, it nearly include all the advantage of metallic materials, for example: good plasticity, impact resistance, processibility, light weight and excellent fatigue properties. This research studied the optimum design of the FMLC subject to various loading conditions using genetic algorithm. The finite element method based on the shear deformation theory was used for the analysis of FMLC. Tasi-Hill failure criterion and Miser yield criterion were taken as fitness functions of the fiber prepreg and the metal laminate, respectively. The design variables were fiber orientation angles. In genetic algorithm, the tournament selection and the uniform crossover method were used. The elitist model was also used to be effective evolution strategy and the creeping random search method was adopted in order to approach a solution with high accuracy. Optimization results were given for various loading conditions and compared with CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic). The results show that the FMLC is more excellent than the CFRP in point and uniform loading conditions and it is more stable to unexpected loading because the deviation of failure index is smaller than that of CFRP.
A roll-bonding process was applied to fabricate an AA1050/AZ91/AA1050 laminate complex sheet. Two AA1050 and one AZ91 magnesium sheets of 2 mm thickness, 30 mm width and 200 mm length were stacked up after surface treatment that included degreasing and wire brushing; material was then reduced to a thickness of 3 mm by one-pass cold rolling. The laminate sheet bonded by the rolling was further reduced to 2 mm in thickness by conventional rolling. The rolling was performed at 623K without lubricant using a 2-high mill with a roll diameter of 210 mm. The rolling speed was 15.9 m/min. The AA1050/AZ91/AA1050 laminate complex sheet fabricated by roll bonding was then annealed at 373~573K for 0.5h. The microstructure of the complex sheets was revealed by electron back scatter diffraction (EBSD) measurement; the mechanical properties were investigated by tensile testing and hardness testing. The strength of the complex sheet was found to increase by 11 % and the tensile elongation decreased by 7%, compared to those values of the starting material. In addition, the hardness of the AZ91 Mg region was slightly higher than those of the AA1050 regions. Both AA1050 and AZ91 showed a typical deformation structure in which the grains were elongated in the rolling direction; however, the mis-orientation distribution of grain boundaries varied greatly between the two materials.
This paper deals with optimal fibre orientations of symmetrically laminated fibre reinforced composite structures for maximising the fundamental frequency of small-amplitude. A set of fiber orientation angles in the layers are considered as design variable. The Modified Feasible Direction method is used in order to obtain the optimal designs. The effects of number of layers, boundary conditions, laminate thicknesses, aspect ratios and in-plane loads on the optimal designs are studied.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.3
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pp.210-220
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2001
This paper aims at the evaluation on the characterization of CFRP laminate plates using falling weight impact tester. The experimentation was conducted on several laminates of different fiber and ply orientation. A system was built for the impact strength of CFRP laminates in consideration of stress wave propagation with using drop-weight impact tester as one of impact test. Absorbed energy of orthotropic composites with using T300 fiber, which are composed of the same fiber and stacking number is higher than that or quasi-isotropic specimen over impact energy 7J, but in case or using T700 fiber, much difference does not show. Also, absorbed energy of orthotropic composites with using T300 fiber, which are composed or stacking number and orientation became more than that of T700 fiber specimen; however great change doesn't show in case of quasi-isotropic specimens. It is found that influence was confirmed between impact energy and absorbed energy as the impact energy is increased with adding the falling weight.
In this work, the effect of the correction fibers direction on the efficiency of repairing damaged composite plates was highlighted. The composite plates studied in this work consist of eight layers of graphite/epoxy, while the patch used in this repair consists of four layers of the same type. The results obtained in this work, whether with regard to the experimental or analytical side, showed that the fibers orientation affects the repair efficiency, so the closer the angle of fibers inclination is to the tensile strength direction, the performance of the composite material is ideal. Hence, we conclude that the composite materials with longitudinal fibers (Parallel to tensile strength) is the most powerful and efficient material in performance.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.10
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pp.959-965
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2017
In recent years, major airplane manufacturers have been using the laminate failure theory to estimate the strain of composite structures for airplanes. The laminate failure theory uses the failure strain of the laminate to analyze composite structures. This paper describes a procedure for the experimental assessment of laminate tensile failure characteristics. Regression analysis was used as the experimental assessment method. The regression analysis was performed with the response variable being the laminate failure strain and with the regressor variables being two-ply orientation ($0^{\circ}$ and ${\pm}45^{\circ}$) variables. The composite material in this study is a carbon/epoxy unidirectional (UD) tape that was cured as a pre-preg at $177^{\circ}C(350^{\circ}F)$. A total of 149 tension tests were conducted on specimens from 14 distinct laminates that were laid up at standard angle layers ($0^{\circ}$, $45^{\circ}$, $-45^{\circ}$, and $90^{\circ}$). The ASTM-D-3039 standard was used as the test method.
The object of this paper is to investigate collapse characteristics of CF/Epoxy(Carbon Fiber/Epoxy resin) composite tubes on the change of interlaminar number and fiber orientation angle of outer and to evaluate reappearance of collapse characteristics on the change of tension strength of fibers under static and impact axial compression loads. When a CF/Epoxy composite tube is mushed, static/impact energy is consumed by friction between the loading plate and the splayed fiends of the tube, by fracture of the fibers, matrix and their interface. In general, CF/Epoxy tube with 6 interlaminar number(C-type) absorbed more energy than other tubes(A, B, D-types). The maximum collapse load seemed to increase as the interlaminar number of such tubes increases. The collapse mode depended upon orientation angle of outer of CF/Epoxy tubes and loading status(static/impact). Typical collapse modes of CF/Epoxy tubes are wedge collapse mode, splaying collapse mode and fragmentation collapse mode. The wedge collapse mode was shorn in case of CF/Epoxy tubes with 0$^{\circ}$ orientation angle of outer under static and impact loadings. The splaying collapse mode was shown in only case of CF/Epoxy tubes with 90$^{\circ}$ orientation angie or outer under static loadings, however in impact tests those were collapsed in fragmentation mode. So that CF/Epoxy tube with 6 interlaminar number and 90$^{\circ}$ outer orientation angle presented to the optimal collapse characteristics.
Kawai, M.;Zhang, J.Q.;Saito, S.;Xiao, Y.;Hatta, H.
Advanced Composite Materials
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v.18
no.3
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pp.265-285
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2009
Off-axis compressive deformation behavior of a unidirectional CFRP laminate at high temperature and its strain-rate dependence in a quasi-static range are examined for various fiber orientations. By comparing the off-axis compressive and tensile behaviors at an equal strain rate, the effect of different loading modes on the flow stress level, rate-dependence and nonlinearity of the off-axis inelastic deformation is elucidated. The experimental results indicate that the compressive flow stress levels for relatively larger off-axis angles of $30^{\circ}$, $45^{\circ}$ and $90^{\circ}$ are about 50 percent larger than in tension for the same fiber orientations, respectively. The nonlinear deformations under off-axis tensile and compressive loading conditions exhibit significant strain-rate dependence. Similar features are observed in the fiber-orientation dependence of the off-axis flow stress levels under tension and compression and in the off-axis flow stress differential in tension and compression, regardless of the strain rate. A phenomenological theory of viscoplasticity is then developed which can describe the tension-compression asymmetry as well as the rate dependence, nonlinearity and fiber orientation dependence of the off-axis tensile and compressive behaviors of unidirectional composites in a unified manner. It is demonstrated by comparing with experimental results that the proposed viscoplastic constitutive model can be applied with reasonable accuracy to predict the different, nonlinear and rate-dependent behaviors of the unidirectional composite under off-axis tensile and compressive loading conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.5
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pp.944-951
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1988
Global-Local Laminate Variational Model is utilized to investigate the characteristics of interlaminar stresses in thick composite laminates under uniform axial extension. Various laminates with different fiber orientation and stacking sequences are analyzed to observe the behavior of interlaminar normal stresses. From this result, the interlaminar normal stress distribution along the laminate interfaces is examined and discussed with an existing approximation model. The repeated stacking of Poisson's ratio symmetric sublaminates is found to be the best stacking method of thick composite laminates to reduce the interlaminar normal stresses for the prevention of the free-edge delamination.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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