Delamination crack detection is very important for improving the structural reliability of laminated composite structures. This requires real-time delamination detection technologies. For composite laminates that are reinforced with carbon fiber, an electrical potential method uses carbon fiber for reinforcements and sensors at the same time. The use of carbon fiber for sensors does not need to consider the strength reduction of smart structures induced by imbedding sensors into the structures. With carbon fiber reinforced (CF/) epoxy matrix composites, it had been proved that the delamination crack was detected experimentally. In the present study, therefore, similar experiments were conducted to prove the applicability of the method for delamination crack detection of CF/polyetherethereketone matrix composite laminates. Mode I and mode II delamination tests with artificial cracks were conducted, and three point bending tests without artificial cracks were conducted. This study experimentally proves the applicability of the method for detection of delamination cracks. CF/polyetherethereketone material has strong electric resistance anisotropy. For CF/polyetherethereketone matrix composites, a carbon fiber network is constructed, and the network is broken by propagation of delamination cracks. This causes a change in the electric resistance of CF/polyetherethereketone matrix composites. Using three point bending specimens, delamination cracks generated without artificial initial cracks is proved to be detectable using the electric potential method: This method successfully detected delamination cracks.
Kim, Dong-Jo;Kim, Se-Jin;Kim, Hyo-Jin;Lee, Sang-Ho
한국방재학회:학술대회논문집
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2008.02a
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pp.67-70
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2008
This study is to analyzes the global behavior of frame structures with local cracks in structural members by frame analysis, using the stiffness matrix of cracked frame element. This local compliance is utilized to derive the stiffness matrix of the cracked frame element and the effects of interaction among multiple cracks are also examined. The proposed technique is applied to frame structures with local cracks. Analysis results confirm the possibility of quantitative analysis of a structure damaged with local cracks and the feasibility of the technique as a tool for analyzing the global behavior of frame structures, reflecting effects of local cracks.
In this paper, the effect of matrix cracks on the buckling of a hybrid laminated plate is investigated. The plate is composed of carbon nanotube reinforced functionally graded (CNTR-FG) layers and conventional fiber reinforced composite (FRC) layers. Different distributions of single walled carbon nanotubes (SWCNTs) through the thickness of layers are considered. The cracks are modeled as aligned slit cracks across the ply thickness and transverse to the laminate plane, and the distribution of cracks is assumed statistically homogeneous corresponding to an average crack density. The first-order shear deformation theory (FSDT) is employed to incorporate the effects of rotary inertia and transverse shear deformation, and the meshless kp-Ritz method is used to obtain the buckling solutions. Detailed parametric studies are conducted to investigate the effects of matrix crack density, CNTs distributions, CNT volume fraction, plate aspect ratio and plate length-to-thickness ratio, boundary conditions and number of layers on buckling behaviors of hybrid laminated plates containing CNTR-FG layers.
It is the intention of this study to synthesize the effects of double-edge cracks on the dynamic characteristics of a beam. The stiffness matrix is first determined for a Timoshenko beam containing two same-line edge cracks. The presented model is then developed for elements with two parallel double-sided cracks, considering the interaction between the stress fields of adjacent cracks. Finally, a finite element code is implemented, to examine the influence of depth and location of double cracks, on the natural frequencies of the damaged system.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.4
s.97
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pp.483-491
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2005
In this paper a dynamic behavior of a double-cracked cantilever pipe with the tip mass and a moving mass is presented. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion is derived by using Lagrange's equation. The influences of the moving mass, the tip mass and double cracks have been studied on the dynamic behavior of a cantilever pipe system by numerical method. The cracks section are represented by the local flexibility matrix connecting two undamaged beam segments. Therefore, the cracks are modelled as a rotational spring. This matrix defines the relationship between the displacements and forces across the crack section and is derived by applying fundamental fracture mechanics theory. We investigated about the effect of the two cracks and a tip mass on the dynamic behavior of a cantilever pipe with a moving mass.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.353-360
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2002
The objective of this study is to develop a technique that analyzes the global behavior of frame structures with local cracks. The technique is based on frame analysis and uses the stiffness matrix of cracked frame element. An algorithm proposed here analyzes a frame structure with local transverseedge cracks, considering the effects of crack length and location. Stress intensity factors are employed to calculate additional local compliance due to the cracks based on linear elastic fracture mechanics theory, and then this local compliance is utilized to derive the stiffness matrix of the cracked frame element. In order to verify the accuracy and reliability of the proposed approach, numerical results are compared with those of Finite Element Method for the cracked frame element, and the effects of single crack on the behavior of truss structure are also examined.
Cracks in soil provide significant preferential pathways for contaminant transport and rainfall infiltration. Water exchange between the soil matrix and crack is crucial to characterize the preferential flow, which is often quantitatively described by a water exchange ratio. The water exchange ratio is defined as the amount of water flowing from the crack into the clay matrix per unit time. Most of the previous studies on the water exchange ratio mainly focused on cracked sandy soils. The water exchange between cracks and clay matrix were rarely studied mainly due to two reasons: (1) Cracks open upon drying and close upon wetting. The deformable cracks lead to a dynamic change in the water exchange ratio. (2) The aperture of desiccation crack in clay is narrow (generally 0.5 mm to 5 mm) which is difficult to model in experiments. This study will investigate the water exchange between a deformable crack and the clay matrix using a newly developed experimental apparatus. An artificial crack with small aperture was first fabricated in clay without disturbing the clay matrix. Water content sensors and suction sensors were instrumented at different places of the cracked clay to monitor the water content and suction changes. Results showed that the water exchange ratio was relatively large at the initial stage and decreased with the increasing water content in clay matrix. The water exchange ratio increased with increasing crack apertures and approached the largest value when the clay was compacted at the water content to the optimal water content. The effective hydraulic conductivity of the crack-clay matrix interface was about one order of magnitude larger than that of saturated soil matrix.
Reversed plane bending fatigue tests were conducted on SiC particle aluminum composite. The initiation and growth behaviors of small surface fatigue cracks were continuously monitored by the replica technique and investigated in detail. The fatigue life of MMC is shorter than that of matrix because there exists interface debonding of SiC particles and matrix on the whole face of the notch part in the casting metal matrix composite(MMC). The coalescence of micro-cracks was observed in the tests conducted at high stress levels. Due to the coalescence, a higher crack growth rate of small cracks rather than those of long cracks was recognized in da/dn-$K_{max}$ relationship.
Kesba, Mohamed Khodjet;Benkhedda, A.;Adda bedia, E.A.;Boukert, B.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.6
no.4
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pp.315-331
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2019
The stiffness degradation of the cross-ply composite laminates containing a transverse cracking and delamination in $90^{\circ}$ layer is predicted by using a modified shear-lag model by introducing the stress perturbation function. The prediction shows better agreement with the experimental results published by Ogihara and Takeda 1995, especially for laminates with thicker $90^{\circ}$ plies in which extensive delamination occurs. A homogenised analytic model for average transient moisture uptake in composite laminates containing periodically distributed matrix cracks and delamination is presented. It is shown that the model well describes the moisture absorption in a cross-ply composite laminate containing periodically distributed transverse matrix cracks in the $90^{\circ}$ plies. The obtained results represent well the dependence of the stiffness degradation on the crack density, thickness ratio and moisture absorption. The present study has proved to be important to the understanding of the degradation of the material propertiesin the failure process when the laminates in which the delamination grows extensively.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.6
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pp.971-980
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1997
This study is to investigate the stiffness degradation of a composite laminated panel including transverse matrix cracks subjected to bending and twisting moments. Micromechanics theory on the composite material is derived by introducing crack density. Iterative numerical scheme is developed to calculate the degraded composite stiffness which has nonlinear relation due to the crack density. The finite element method is used for structural analysis of the composite panel. Structural responses of the composite panel are examined for various laminated angles and crack density under the bending and twisting moments. Also, the effect of crack opening and closing is considered in the examination. It is realized that the matrix cracks may cause severe stiffness reduction and should be considered in the composite laminated panel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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