Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.71-75
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2005
For the damage tolerance improvement of conventional laminated composites, stitching process have been utilized for providing through-thickness reinforcements. 2D preforms were stacked with S-2 glass plain weave and S-2 glass MWK (Multi-axial Warp Knit) L type. 3D preforms were fabricated using the stitching process. All composite samples were fabricated by RTM (Resin Transfer Molding) process. To examine the damage resistance performance the low speed drop weight impact test has been carried out. For the assessment of damage after the impact loading, specimens were examined by scanning image. CAI (Compressive After Impact) tests were also conducted to evaluate residual compressive strength. Compared with 2D composites, the damage area of 3D composites was reduced by 20-30% and the CAI strength showed 5-10% improvement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.7
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pp.1665-1674
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1995
An optimum design has been performed to maximize specific energy (SED) of composite flywheel rotor for energy storage system. The flywheel rotor is assumed to be an axisymmetric thick laminated shell with a plane strain state for structural analysis. For the structural analysis the centrifugal force is considered and the stiffness matrix equation was derived for each ring considering the interferences between the rings. The global stiffness matrix was derived by integrating the local stiffness matrix satisfying the conditions of force and displacement compatibilities. Displacements are then calculated from the global stiffness matrix and the stresses in each ring are also calculated. 3-D intra-laminar quadratic Tsai-Wu criterion is then used for the strength analysis. An optimum procedure is also developed to find the optimal interferences and lay up angle to maximize SED using the sensitivity analysis.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.2
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pp.323-327
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2017
Soft magnetic composite (SMC) material has recently received a significant attention in the area of high-speed machines because of its unique properties such as good design flexibility and low eddy current loss. However, SMC's electromagnetic property is poor compared to silicon steel in terms of saturation, relative permeability, and hysteresis loss. This paper presents a technique for utilization of SMC in two strategic designs of a switched reluctance machine (SRM) depending on a loss pattern. To investigate the effect of SMC's merits and demerits, the stator material is changed from laminated steel to SMC.
Recently, the importance of flame retardation treatment technology has been emphasized due to the increase in urban fire accidents and fire damage incidents caused by building exterior materials. Particularly, in the utilization of wood-based building materials, the flame retarding treatment technology is more importantly evaluated. An Intumescent system is one of the non-halogen flame retardant treatment technologies and is a system that realizes flame retardancy through foaming and carbonization layer formation. To apply the Intumescent system, composite material was prepared by using Ethylene vinyl acetate (EVA) as a matrix. To enhance the flame retardant properties of the Intumescent system, a nano-clay was applied together. Composite materials with Intumescent system and nano - clay technology were processed into sheet - like test specimens, and then a new structure of cross laminated timber with improved flame retardant properties was fabricated. In the evaluation of combustion characteristics of composite materials using Intumescent system, it was confirmed that the maximum heat emission was reduced efficiently. Depending on the structure attached to the surface, the CLT had two stages of combustion. Also, it was confirmed that the maximum calorific value decreased significantly during the deep burning process. These characteristics are expected to have a delayed combustion diffusion effect in the combustion process of CLT. In order to improve the performance, the flame retardation treatment technique for the surface veneer and the optimization technique of the application of the composite material are required. It is expected that it will be possible to develop a CLT structure with improved fire characteristics.
Kang Tae-June;Kim Dong-Iel;Huh Yong-Hak;Kim Yong-Hyup
Composites Research
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v.19
no.3
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pp.23-28
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2006
Carbon nanotubes reinforced copper matrix laminated nanocomposites were developed and the mechanical properties were evaluated by using micro-tensile testing system. Sandwich-type laminated structure constituted with carbon nanotube layers as a reinforcement and electroplated copper matrix were fabricated by a new processing approach based on selective dip-coating of carbon nanotubes. The mechanical properties of nanocomposites were improved due to an enhanced load sharing capacity of carbon nanotubes homogeneously distributed within the in-plane direction, as well as a bridging effect of carbon nanotubes along the out-of-plane direction between the upper and lower matrices. The universality of the layering approach is applicable to a wide range of functional materials, and here we demonstrate its potential use in reinforcing composite materials.
The main goal of this paper is to study vibration of damaged core laminated sectorial plates with Functionally graded (FG) face sheets based on three-dimensional theory of elasticity. The structures are made of a damaged isotropic core and two external face sheets. These skins are strengthened at the nanoscale level by randomly oriented Carbon nanotubes (CNTs) and are reinforced at the microscale stage by oriented straight fibers. These reinforcing phases are included in a polymer matrix and a three-phase approach based on the Eshelby-Mori-Tanaka scheme and on the Halpin-Tsai approach, which is developed to compute the overall mechanical properties of the composite material. Three complicated equations of motion for the sectorial plates under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. Using the 2-D differential quadrature method in the r- and z-directions, allows one to deal with sandwich annular sector plate with arbitrary thickness distribution of material properties and also to implement the effects of different boundary conditions of the structure efficiently and in an exact manner. The fast rate of convergence and accuracy of the method are investigated through the different solved examples. The sandwich annular sector plate is assumed to be simply supported in the radial edges while any arbitrary boundary conditions are applied to the other two circular edges including simply supported, clamped and free. Several parametric analyses are carried out to investigate the mechanical behavior of these multi-layered structures depending on the damage features, through-the-thickness distribution and boundary conditions.
R. Bina;M. Soltani Tehrani;A. Ahmadi;A. Ghanim Taki;R. Akbarian
Steel and Composite Structures
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v.52
no.4
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pp.487-499
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2024
The primary objective of this study is to analyze the free vibration behavior of a sandwich cylindrical shell with a defective core and wavy carbon nanotube (CNT)-enhanced face sheets, utilizing the three-dimensional theory of elasticity. The intricate equations of motion for the structure are solved semi-analytically using the generalized differential quadrature method. The shell structure consists of a damaged isotropic core and two external face sheets. The distributions of CNTs are either functionally graded (FG) or uniform across the thickness, with their mechanical properties determined through an extended rule of mixture. In this research, the conventional theory regarding the mechanical effectiveness of a matrix embedding finite-length fibers has been enhanced by introducing tube-to-tube random contact. This enhancement explicitly addresses the progressive reduction in the tubes' effective aspect ratio as the filler content increases. The study investigates the influence of a damaged matrix, CNT distribution, volume fraction, aspect ratio, and waviness on the free vibration characteristics of the sandwich cylindrical shell with wavy CNT-reinforced face sheets. Unlike two-dimensional theories such as classical and the first shear deformation plate theories, this inquiry is grounded in the three-dimensional theory of elasticity, which comprehensively accounts for transverse normal deformations.
The computational post-buckling strength of the tilted sandwich composite shell structure is evaluated in this article. The computational responses are obtained using a mathematical model derived using the higher-order type of polynomial kinematic in association with the through-thickness stretching effect. Also, the sandwich deformation behaviour of the flexible soft-core sandwich structural model is expressed mathematically with the help of a generic nonlinear strain theory i.e. Green-Lagrange type strain-displacement relations. Subsequently, the model includes all of the nonlinear strain terms to account the actual deformation and discretized via displacement type of finite element. Further, the computer code is prepared (MATLAB environment) using the derived higher-order formulation in association with the direct iterative technique for the computation of temperature carrying capacity of the soft-core sandwich within the post-buckled regime. Further, the nonlinear finite element model has been tested to show its accuracy by solving a few numerical experimentations as same as the published example including the consistency behaviour. Lastly, the derived model is utilized to find the temperature load-carrying capacity under the influences of variable factors affecting the soft-core type sandwich structural design in the small (finite) strain and large deformation regime including the effect of tilt angle.
This article derived a hybrid coupling technique using the higher-order displacement polynomial and three soft computing techniques (teaching learning-based optimization, particle swarm optimization, and artificial bee colony) to predict the optimal stacking sequence of the layered structure and the corresponding frequency values. The higher-order displacement kinematics is adopted for the mathematical model derivation considering the necessary stress and stain continuity and the elimination of shear correction factor. A nine noded isoparametric Lagrangian element (eighty-one degrees of freedom at each node) is engaged for the discretisation and the desired model equation derived via the classical Hamilton's principle. Subsequently, three soft computing techniques are employed to predict the maximum natural frequency values corresponding to their optimum layer sequences via a suitable home-made computer code. The finite element convergence rate including the optimal solution stability is established through the iterative solutions. Further, the predicted optimal stacking sequence including the accuracy of the frequency values are verified with adequate comparison studies. Lastly, the derived hybrid models are explored further to by solving different numerical examples for the combined structural parameters (length to width ratio, length to thickness ratio and orthotropicity on frequency and layer-sequence) and the implicit behavior discuss in details.
Kueh, Ahmad B.H.;Tan, Chun-Yean;Yahya, Mohd Yazid;Wahit, Mat Uzir
Steel and Composite Structures
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v.44
no.1
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pp.105-117
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2022
Impact resistance efficiency of the newly designed sandwich beam with a laterally arched core as bio-inspired by the woodpecker is numerically investigated. The principal components of the beam comprise a dual-core system sandwiched by the top and bottom laminated CFRP skins. Different materials, including hot melt adhesive, high-density polyethylene (HDPE), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), epoxy resin (EPON862), aluminum (Al6061), and mild carbon steel (AISI1018), are considered for the side-arched core layer of the beam for impact efficiency assessment. The aluminum honeycomb takes the role of the second core. Contact force, stress, damage formation, and impact energy for beams equipped with different materials are examined. A diversity in performance superiority is noticed in each of these indicators for different core materials. Therefore, for overall performance appraisal, the impact resistance efficiency index, which covers several chief impact performance parameters, of each sandwich beam is computed and compared. The impact resistance efficiency index of the structure equipped with the AISI1018 core is found to be the highest, about 3-10 times greater than other specimens, thus demonstrating its efficacy as the optimal material for the bio-inspired dual-core sandwich beam system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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