Clegg, Harry M.;Dell'Anno, Giuseppe;Partridge, Ivana K.
Advances in aircraft and spacecraft science
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제6권2호
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pp.145-156
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2019
As the industrial desire for a step change in productivity within the manufacture of composite structures increases, so does the interest in Through-Thickness Reinforcement technologies. As manufacturers look to increase the production rate, whilst reducing cost, Through-Thickness Reinforcement technologies represent valid methods to reinforce structural joints, as well as providing a potential alternative to mechanical fastening and bolting. The use of tufting promises to resolve the typically low delamination resistance, which is necessary when it comes to creating intersections within complex composite structures. Emerging methods include the use of 3D woven connectors, and orthogonally intersecting fibre packs, with the components secured by the selective insertion of microfasteners in the form of tufts. Intersections of this type are prevalent in aeronautical applications, as a typical connection to be found in aircraft wing structures, and their intersections with the composite skin and other structural elements. The common practice is to create back-to-back composite "L's", or to utilise a machined metallic connector, mechanically fastened to the remainder of the structure. 3D woven connectors and selective Through-Thickness Reinforcement promise to increase the ultimate load that the structure can bear, whilst reducing manufacturing complexity, increasing the load carrying capability and facilitating the automated production of parts of the composite structure. This paper provides an overview of the currently available methods for creating intersections within composite structures and compares them to alternatives involving the use of 3D woven connectors, and the application of selective Through-Thickness Reinforcement for enhanced damage tolerance. The use of tufts is investigated, and their effect on the load carrying ability of the structure is examined. The results of mechanical tests are presented for each of the methods described, and their failure characteristics examined.
We consider the position and thickness of reinforcement with respect to fatigue fracture of welded bogie frames and propose an appropriate reinforcement method for many cases. The bogie frame is usually designed in accordance with JIS and KS, and operates under harsh load conditions: dynamic loads generated while driving, various loads during operation, and large load differences between loading and unloading. Consequently, fatigue failure often occurs throughout the bogie frame. We modelled the reinforcing method using ANSYS software and reviewed stress in the vicinity of common fatigue failure sites through computer simulation, optimizing the position and thickness of reinforcement.
The doubler plate design system for the reinforcement of the ship plate members was developed considering various loads that subjected to the in-plane biaxial load, the in-plane shear load and out-of-plane load. The author summarized the accuracy of the development formula and equations through the equivalent plate thickness concept and finally introduced the new design system of doubler plate reinforcement. Through this study, it can be considered as an initial design guideline based on ship doubler plate reinforcement strength at areas without repeated load, or an initial structure analysis model for final structural design.
An alternative to the multilayered preforming is to use structures reinforced through-the-thickness in order to manufacture thicker and more complex pieces. Stitching technology is developed to bind dry reinforcements together or to strengthen composites in thickness performance by inserting structural yarns. Tufting process represents the simplest one-sided sewing technology and it is specifically designed for dry preform/liquid composite molding process route. Currently, the tufting technology is getting more and more interest due to its simplest and efficient process where it involves the insertion of binder threads via a single needle through the fabric. This technique of reinforcement through-the-thickness requires only one access to the preform which makes it suitable for three-dimensional structures and complex shaped textile composites. This paper aims to improve the understanding of the mechanical performance of tufted structures. An experimental study was developed, which included tensile and bending behaviours of tufted and un-tufted preforms, in order to evaluate the effect of tufting on the mechanical performance of dry preforms. The influence of the process parameters (tufting density, loop length, tufting yarns${\ldots}$) on the mechanical performance ofthe final structure is also highlighted.
To study the effect of collar-plate reinforcement on the static strength of tubular T-joints under axial loading, fundamental research work is carried out from both experimental test and finite element (FE) simulation. Through experimental tests on 7 collar-plate reinforced and 7 corresponding un-reinforced tubular T-joints under axial loading, the reinforcing efficiency is investigated. Thereafter, the static strengths of the above 14 models are analyzed by using FE method, and it is found that the numerical results agree reasonably well with the experimental data to prove the accuracy of the presented FE model. Additionally, a parametric study is conducted to analyze the effect of some geometrical parameters, i.e., the brace-to-chord diameter ratio ${\beta}$, the chord diameter-to-chord wall thickness ratio $2{\gamma}$, collar-plate thickness to chord wall thickness ratio ${\tau}_c$, and collar-plate length to brace diameter ratio $l_c/d_1$, on the static strength of a tubular T-joint. The parametric study shows that the static strength can be greatly improved by increasing the collar-plate thickness to chord wall thickness ratio ${\tau}_c$ and the collar-plate length to brace diameter ratio $l_c/d_1$. Based on the numerical results, parametric equations are obtained from curving fitting technique to estimate the static strength of a tubular T-joint with collar-plate reinforcement under axial loading, and the accuracy of these equations is also evaluated from error analysis.
본 논문에서는 RC 기둥-기초 접합부분을 중공형 및 확장형 강재 Base Plate로 보강한 실험체에 대한 하중 재하 실험을 실시하여, 강재 Base Plate가 부착된 RC 기둥-기초에서의 뚫림전단에 대한 보강효과를 정량화 하기 위한 구조해석 및 기초적 실험 연구를 수행하였다. 실험은 각 실험체별 부착된 Base Plate의 두께, 내민길이, 치수, 형식 등의 변수에 따라 수행하였으며 실험을 통하여 응력분산에 적합한 적정 Base Plate의 모양 및 치수를 확인하였고, 보강효과에 대하여 분석하였다. 실험을 통해 Base Plate가 기초에 전해지는 수직하중의 응력분산에 효과적이었으며 폐쇄형보다 중공형 보강이 효율적인 것을 확인하였다. 보강을 통해 변위연성 능력의 향상으로 기존의 기초두께보다 두께가 감소한 실험체에서도 기존보다 높은 성능을 나타냈다. 보강 후의 실험체로부터 구조물의 거동특성을 취성으로부터 연성으로 유도 할 수 있었으며, 실험체를 파괴시까지 가력함으로써 파괴시 보강 전, 후에 대한 균열 및 파괴양상을 확인 하였다.
High bending collapse performance (maximum resistance force and mean resistance force) of body center pillar is an important design target for vehicle safety against side impact. In this study, effect of the upper section shape and the thickness of outer reinforcement on bending collapse performance was investigated for the center pillar of a large passenger car. First, through bending collapse analyses using simple models with uniform section, an optimized center pillar upper section was chosen. Next, bending collapse performance for various models of the actual center pillar with changing the thickness of outer reinforcement were analyzed. The finally designed model showed distinctive enhancement in bending collapse performance nearly without weight increase.
The ductility of circular hollow reinforced concrete columns with one layer of longitudinal and spiral reinforcement placed near the outside face of the section and the steel tube placed on the inside face of the section is investigated. Such hollow sections are confined through the wall thickness since the steel tube is placed. The results of analytical moment-curvature analyses for such hollow sections are compared with those for the circular section with the sane diameter. In this study, moment-curvature analyses are conducted with Mandel's confined concrete stress-strain relationship in which the effect of confinement is to increase the compression strength and ultimate strain of concrete. The moment-curvature analyses confirmed that the ductility is primarily influenced on the ultimate strain. The variables influenced on the ultimate strain is the ratio and yield strength of confining reinforcement and the compression strength for confined concrete. From this ultimate strain - the transverse reinforcement ratio relationship, the transverse reinforcement ratio for circular hollow reinforced columns with confinement is proposed. The proposed transverse reinforcement ratio is confirmed by experimental results.
본 논문에서는 단조증가하중을 받는 철근콘크리트 쉘구조의 탄성, 비탄성, 극한영역등 모든 응력상태에 대한 재료적(材料的), 기하학적(幾何學的) 비선형(非線形) 해석(解析)을 위해서 유한요소법에 의한 수치해법(數値解法)을 개발하였다. 유한요소로서는 면회전단변형을 고려하여 Degeneration 방법에 의해 유도된 8절점 Serendipity 등매개변수 요소를 사용하였으며, 두께방향에 대한 철근과 콘크리트의 재료성질을 고려하기 위하여 층상화기법(層狀化技法)을 도입하였다. 기하학적(幾何學的) 비선형성(非線形性)은 Von Karman의 가정에 기본을 둔 total Lagrangian formulation에 의해 고려하였으며, 재료적(材料的) 비선형성(非線形性)에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 중에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 이에 대한 콘크리트의 균열모델로서는 분산균열모델을 사용했으며, 철근에 대해서는 1축 응력상태로 가정하여 등가의 분산분포된 철근량으로 모델화하였다. 차후 논문( )의 수치예제를 통하여 본 논문의 해석방법이 기하학적(幾何學的), 재료적(材料的) 비선형성(非線形性)을 고려한 임의형상의 철근콘크리트 쉘구조의 해석에 적합한 방법임을 입증하고자 한다.
This study aims to trace the response of twelve one-way sustainable concrete hollow-core slabs made by reducing cement content and using replacement of coarse aggregate by plastic aggregate. The trial mixes comprise the 25, 50, 75, and 100% replacement of natural coarse aggregate. The compressive strength of the resulting lightweight concrete with full replacement of coarse aggregate by plastic aggregate was 28 MPa. These slabs are considered to have a reduced dead weight due to using lightweight aggregate and due to reducing cross-section through using voids. The samples are tested under two verticals line loads. Several parameters are varied in this study such as; nature of coarse aggregate (natural or recycled), slab line load location, the shape of the core, core diameter, flexural reinforcement ratio, and thickness of the slab. Strain gauges are used in the present study to measure the strain of steel in each slab. The test samples were fourteen one-way reinforced concrete slabs. The slab's dimensions are (1000 mm), (600 mm), (200 mm), (length, width, and thickness). The change in the shape of the core from circular to square and the use of (100 mm) side length led to reducing the weight by about (46%). The cracking and ultimate strength is reduced by about (5%-6%) respectively. With similar values of deflection. The mode of failure will remain flexural. It is recognized that when the thickness of the slab changed from (200 mm to 175 mm) the result shows a reduction in cracking and ultimate strength by about (6% and 7%) respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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