This study examined the relationship between the scarf angle and stress distribution, and estimated the strength recovery via a finite element analysis. The following conclusions were drawn from this study. Resin will fracture due to a tensile load with a high scarf angle, which is similar to the patch repair method. An applied stress can be loaded to a repaired laminate if the scarf angle is $5^{\circ}$. The Von-Mises stress increases with decreasing scarf angle, with the exception of a scarf angle of $30^{\circ}$, where the scarf angle can indicate the rates of shear and normal stresses. Strength recovery can be better if the scarf angle is decreased to a lower angle. However, scarf machining requires more time, a high skill level and considerable expense. Therefore, a scarf angle of $5^{\circ}$ is the most effective for a repair. These results may provide a guide for engineers wishing to formulate a standard for repair. The scarf angle needs to be carefully managed for a more efficient composite repair.
Kim, Kung-Woo;Kang, Dae-Kon;Baek, Myoung-Kee;Park, Jai-Hak
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.21
no.6
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pp.778-783
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2015
We studied about the strength characteristics of the FRP bonding method due to reduce accident on the oceans and protect life for my people. We test tension and bending strength of butt joint, lap joint, V-scarf joint, X-scarf joint. The result of test, it's pattern is similar both tension and bending strength. Tension strength and bending strength was excellent in order to X-scarf-butt joint-V-scarf-lap joint. The tension strength is the best properties X-scarf showed a 57% strength rate of the basic material, and bending strength showed a 77% strength rate of the basic material. Overall, the X-scarf 12t joint has most excellent properties of tension and bending strength. The lap joint has worst properties of tension and bending strength. We have to test having different over-lay of V-scarf and X-scarf joint each 12t, 16t, 20t. V-scarf of 20t over-lay has excellent character of tension and bending strength. But X-scarf of 12t over-lay has excellent character of tension and bending strength. The results are shown to the contrary. The ship is received a lot of stress. it's hard to compare a direction both actual and test. But we can acknowledge material basic characteristic of strength through tension and bending test. We give the four repair method; butt joint, lap joint, V-scarf joint, X-scarf joint and the reduced ratio in comparison with basic material; In addition give the separated data for V-scarf and X-scarf characteristic of 12t, 16t, 20t overlay length. For our study repair man can select good repair method in his work station.
Composite structures are generally pressurized at both sides when repaired by the scarf repair method. But single-face vacuum bag curing (SVC) may be used in some practical scarf repair of penetration damage due to the low accessibility of composite structures, which can decrease bonding quality and may reduce structural mechanical properties. In this paper, experimental investigations were conducted on tensile and compressive properties of scarf-repaired composite laminates using SVC and double-face vacuum bag curing (DVC) in four hygrothermal environments. Finite element models of composite scarf joints with voids were established to further explore the failure mechanism of scarf-repaired laminates. Results show that the curing condition hardly affects tensile and compressive properties of the repaired laminates though it significantly affects the bonding quality with adhesive inner voids. Failure loads of scarf joints almost keep unchanged with adhesive voids increasing.
Kim, Jung-Seok;Yoon, Hyuk-Jin;Kim, Seung-Cheol;Seo, Sung-Il
Journal of the Korean Society for Railway
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v.12
no.1
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pp.110-114
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2009
This study is for the evaluation of compressive strength restoration of sandwich composite laminates with adhesively bonded scarf patches. It was used in this study that the sandwich composite laminate with an aluminum honeycomb core and CF1263 woven fabric carbon/epoxy faces was applied to the car body structure for Korean tiling train. In this study, it was damaged by low velocity impact and repaired using scarf repair method. Then, the compressive strength restoration of assessed by compressive after impact (CAI) test. From the test, it could be known that the compressive strength was restored up to 72% by only scarf repair method and 91% applied by an extra ply over the undamaged one.
The reinforcement effect of micro-bolt for a bonded scarf joint was investigated. Three scarf ratios of 1/10, 1/20, and 1/30 were considered to examine the effect of scarf patch configuration on joint strength. To maintain the same density of micro-bolt, 16, 32, and 48 bolts were installed in the scarf joint specimens with scarf ratios of 1/10, 1/20, and 1/30, respectively. Tests were also carried out on the joints that are bonded with only adhesive and that are fastened with only micro-bolts to obtain reference values. The average failure loads of the adhesive joints with scarf ratios of 1/10, 1/20, and 1/30 were 29.7, 39.6, and 44.8 kN, respectively. In case of micro-bolt reinforcement, the failure loads at the same scarf ratios were 28.4, 37.2, and 40.1 kN, respectively, which corresponds to 96, 94, and 90% of the pure adhesive joint failure loads. In the case of using only micro-bolts, the failure loads were only 13-25% of the average failure loads of pure adhesive joints. Fatigue test was also conducted for the joints with scarf ratio of 1/10. The results show that the fatigue strength of hybrid joints using both adhesive and microbolts together slightly increased compared to the fatigue strength of adhesive joint, but the rate of increase was small to 2-3%. Through this study, it was confirmed that the reinforcement effect of micro-bolt is negligible in the scarf joints where shear stress is dominating the failure, unlike in the structure where peel stress is dominant.
The damage characters of scarf repaired composite laminates subjected to low-velocity impact with various energy levels at different locations are studied experimentally. The results are compared with those of the original laminates which have no initial damage and don't need repair. The impact load-time history of the specimens, the velocity-time curves of the impactor, the post impact compressive strength of the specimens and the C-scan photographs of the damaged regions are obtained. The delamination threshold load and damage character of the specimen section at impact point are also studied. The results have shown that the impact response of a repaired composite laminate is sensitive to the location of the impact. The impact load and the delamination threshold load have shown different characters for specimens with different impact locations. The debonding characters of the adhesive and compressive strength after impact of the specimens are also influenced by impact locations.
In this study, The Von Mises stresses in composite plate loaded in tension and repaired by a boron/epoxy scarf patch were analyzed using the finite element method. The performance of the repairs depends on several parameters: the dimensions and the intrinsic properties of the patch and the adhesive which are dependent on each other. Therefore, the method of experiment designs is used to determine the interaction effect of different parameters (patch folds), their optimum and the most influential parameter. The optimum of stacking sequences allows reducing stresses significantly, and thus permits designers to improve the quality of repairs.
Kim, Choong-Hyun;Yoo, Jae-Seung;Byeon, Chang-Seok;Ju, Hyun-Woo;Park, Min-Young;Choi, Jin-Ho;Kweon, Jin-Hwe
Composites Research
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v.29
no.3
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pp.117-124
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2016
The failure strength of composite single-lap joint repaired using scarf patch was investigated by test and finite element method. A total of 45 specimens were tested changing scarf ratio, stacking pattern, and defect size to study the failure strength and mode. Except for one case, all repaired specimens showed the equal or higher strength than the sound specimens and the effect of considered repair parameters was not remarkable. It was found through the failure mode inspection that the surface treatment for bonding was not enough in the case which failed at the lower load than the sound specimen. Three-dimensional finite element analysis was conducted to verify the test results. It was confirmed that the considered repair parameters do not significantly affect the stress distribution of the specimens. It was also observed that the applied tensile load is relieved passing through the overlapped region thickness of which is almost double. From this study, it is concluded that if the bonding procedure for adherends and patch including surface treatment for fabric layer is thoroughly followed, the strength of repaired single-lap joint can be restored up to the strength of sound one.
In the case of a conventional composite patch repair using a heat blanket, the adhesive is pressurized using only a vacuum bag. In this study, however, a pressurization system has been developed to apply additional air pressure on the vacuum bag. In order to verify the performance of the developed system, the composite laminates were repaired with scarf patches and then tested under tensile load to be compared with the strength of the defect-free laminate. Tensile tests were also conducted on specimens with the same configuration but bonded in an autoclave. As a result of the test, the tensile strengths of the specimens repaired using the heat blanket with vacuum only without external pressure, the specimens repaired with additional pressure by the developed system, and the specimens repaired with the same external pressure in an autoclave, showed the strength recovery ratios of 74.9, 81.0, and 78.2%, respectively. The results of the tensile test after moisture saturation and the dried fatigue test also showed that the strength recovery ratios of the specimens repaired under the external pressure of 1 atm using the developed system are slightly higher than that of specimens bonded in autoclave.
Kim, Jung-Seok;Lee, Jae-Hun;Chung, Seong-Kyun;Kim, Seung-Chul;Seo, Sung-Il
Proceedings of the KSR Conference
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2007.05a
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pp.132-137
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2007
This paper explains compressive behaviors of sandwich composite laminates with adhesively bonded patches. The sandwich composite laminate is used for a train carbody structure and is of an aluminum honeycomb core and CF1263 woven fabric carbon/epoxy faces. The sandwich composite laminates were damaged by low velocity impact. The damaged sandwich composite laminate was repaired using scarf repair method. Then, the strength restoration of it was assessed by compressive test. From the test, it could be known that the compressive strength was restored up to 91% of undamaged one.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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