Jang, Kyung Suk;Kim, Tae Ri;Kim, Jeong Hwan;Yun, Gun Jin
Composites Research
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v.35
no.3
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pp.188-195
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2022
This paper proposes a multiscale process-structural analysis methodology and applies to a battery housing part made of the short fiber-reinforced and fabric-reinforced composite layers. In particular, uncertainties of the material properties within the microscale representative volume element (RVE) were considered. The random spatial distribution of matrix properties in the microscale RVE was realized by the Karhunen-Loeve Expansion (KLE) method. Then, effective properties of the RVE reflecting on spatially varying matrix properties were obtained by the computational homogenization and mapped to a macroscale FE (finite element) model. Morever, through the hybrid process simulation, a FE (finite element) model mapping residual stress and fiber orientation from compression molding simulation is combined with one mapping fiber orientation from the draping process simulation. The proposed method is expected to rigorously evaluate the design requirements of the battery housing part and composite materials having various material configurations.
It is shown that Paul and Jones' Rule of Mixtures modified by Smith and Cox's theory can be used for the fiber-reinforced, sulfur-based composites, when the constant for the linear regression equation is given. The computation results, programmed by Hewlett Packard 75C (HP 75C) using math rom pack for the linear regression form, expressed as $E_c=\frac{1}{3}aE_fV_f+bE_mV_m$, turn out to be a=3.27-3.54 b=-2.47~-2.80. This results indicate that the factors such as density of fiber mat and the amount of matrix used have nothing for affecting the numerical value of the constants a and b of the linear regression form. Conclusively this results also show that the Paul and Jones' Rule of Mixtures which has been used for the composites made by randomly-oriented long fiber can also be used for the composites made by short fiber with the same fiber orientation such as wood and lignocellulosic fibers.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.2
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pp.81-93
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2020
The fatigue characteristics of glass fiber reinforced plastic (GFRP) composites were studied under repeated loads using the finite element method (FEM). To realize the material characteristics of GFRP composites, Digimat, a mean-field homogenization tool, was employed. Additionally, the micro-structures and material models of GFRP composites were defined with it to predict the fatigue behavior of composites more realistically. Specifically, the fatigue characteristics of polybutylene terephthalate with short fiber fractions of 30wt% were investigated with respect to fiber orientation, stress ratio, and thickness. The injection analysis was conducted using Moldflow software to obtain the information on fiber orientations. It was mapped over FEM concerned with fatigue specimens. LS-DYNA, a typical finite element commercial software, was used in the coupled analysis of Digimat to calculate the stress amplitude of composites. FEMFAT software consisting of various numerical material models was used to predict the fatigue life. The results of coupled analysis of linear and nonlinear material models of Digimat were analyzed to identify the fatigue characteristics of GFRP composites using FEMFAT. Neuber's rule was applied to the linear material model to analyze the fatigue behavior in LCF regimen. Additionally, to evaluate the morphological and mechanical structure of GFRP composites, the coupled and fatigue analysis were conducted in terms of thickness.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.26
no.2
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pp.204-212
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1990
The SMC composite, now being considered in certain structural applications, is anticipated to experience repeated loading during service. Thus, understanding of the fatigue behavior is essential in proper use of the composite material. In this paper, using the SMC composite composed of E-glass chopped strand and unsaturated polyester resin three point bending fatigue tests are carried out to investigate the fatigue crack propagating behavior under various cyclic stresses and fatigue damage of various microcrack forms. The following results are obtained from this study; 1) Most of the total fatigue life of the SMC composite is consumed at the initial extension or the growth of the macroscopic crack. 2) A Paris' type power-law relationship between the crack propagation rate and stress intensity factor range is obtained, and the value of material constant m is much higher (m=9~11)than that of other metals. 3) In case of high cyclic stress the fatigue damage show high microcrack density and short crack length, but in case of low cyclic stress does it vice versa. 4) Fatigue damage is characterized by microcrack density, crack length and distribution of crack orientation.
사출성형충전공정에서 금형구조가 단섬유배향에 미치는 영향을 예측하기 위하여 수 치모사 프로그램을 개발하였다. 유한요소 /관찰 부피 방법에 복잡한 금형에서의 유동을 해 석하고 섬유와 섬유간의 상호작용을 고려한 섬유배향텐서 변화식을 이용하여 입자 추적법으 로 섬유배향분포를 구하였다. 수치모사 결과 금형 옆벽면과 내부 방해체의 주위에 있는 섬 유들이 전단변형의 영향으로 그들주위를 따라서 정렬되려는 경향을 보였다, 두 유동이 내부 방해체를 지나 접하면서 생성된 웰드라인을 따라서 단섬유들이 정렬되려는 경향을 나타내엇 다. 그리고 수축유동에서는 흐름방향으로 정렬되나 확장유동에서는 흐름방향에 수직으로 배 열되려는 경향을 확인하였다. 위아래 벽에 의한 전단변형의 영향으로 서로 다른두 배향구조 를 보여주는 skin-core 구조를 두께방향의 속도구배를 고려한 수치모사를 통하여 예측할 수 있었다. skin구조에서는 섬유들이 흐름방향으로 정렬되고 core 구조에서는 흐름방향에 수직 으로 배향되는 것을 확인하였으며 섬유상호계수값이 커질수록 임의 배향화하는 경향을 보였다.
This paper relates to fabrication processing analysis of metal matrix composites by the injection of liquid metal into a fibrous preforms. One dimensional heat transfer analysis during squeeze infiltration process of aluminum base composites has been studied. An analysis method was investigated for the temperature distribution, infiltration velocity and melt infiltration characteristics with the commercial preform with short fiber array. When molten metal is infiltrated in a fibrous preform with random orientation, phase transformation will be occurred in a region such as molten metal, solidified region, preform region and infiltration composites region. a mathematical modelling for a solidification phenomena in fabrication process of metal matrix composites using a squeeze infiltration technique was investigated by the basic relations for liquid metal into a fibrous preform. The temperature distribution of theoretical results was compared with experimental data.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.8
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pp.50-55
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2020
This study investigates the injection molding of a plastic rack gear and focuses on deflections in the part. The causes of deflections were found and resolved through a trade-off study by injection molding analysis. Based on a warpage analysis, the fiber orientation was found to be a dominant factor in the occurrence of deflections. Changes in the part design and various injection conditions were analyzed for their effects in reducing deflections. Based on the trade-off study, a new part bottom design, injection time, and melt temperature were recommended. A trial injection was done for the new plastic rack gear, and measurements showed that its flatness surpassed that of the original part and met the specified requirement. The short injection time, low melt temperature, and symmetric similar configuration of the part contributed to the reduction in deflections. Therefore, optimized gate design and injection conditions as well as a new part design were validated through injection molding analysis in this study.
In a reinforced concrete building different shapes of column are adopted depending on the structural orientation and the architectural aspect. When there is an increase in loading due to changes in usage or revision in the design codes these columns need to be strengthened for enhanced performance during their service life. Strengthening materials such as carbon fiber and glass fiber polymer has been successfully used however, due to high cost application other alternative materials need to be explore. Galvanized steel wire mesh (GSWM) is one of the suitable materials locally available. High tensile strength, low weight, corrosion resistance, easy installation, minimum change in dimensions of the sections and cost effectives are the advantages of GSWM. Therefore, in this paper, four different shapes of column such as circular, square, rectangular and L were wrapped with different layers GSWM and jacketed with mortar. All the specimens were tested under axial compression. The objective of the study is to investigate the effectiveness of GSWM as a confining material for strengthening of column having varying shape. Test results shows that the axial strength enhanced with wrapping of GSWM jacket and a circular column presented the highest load carrying capacity and ductility as compared to the others. From the study of 22 column specimens, it is found that axial load is increased upto 20% and 19% when circular and square column are strengthened with one wrap of GSWM respectively, while a rectangular and L column required a wraps of two and three layers respectively in order to achieved the same load capacity as that of a circular column. Based on the present study, it is concluded that GSWM can be effectively used for strengthening of different shapes of concrete columns economically.
To reduce the weight of a railroad vehicle, a bogie frame skin is considered for manufacture using an RTM process and composite material. Compared to other processes, RTM has merits in that it demands only simple manufacturing facilities and can produce a large and complex structure in a short cycle time. On the other hand, it is important to determine the proper number and locations of gates and vents to prevent void formation inside a structure. In this study, we numerically predicted the flow pattern in a bogie frame skin during the RTM process by distinguishing the permeability of a fiber mat as isotropic or anisotropic. Using the results, we analyzed the RTM process conditions of the bogie frame to predict skin void formation, mold filling time, and optimum location of vents depending on the permeability conditions.
To investigate the enhancement in strength and deformation capacities of concrete confined by FRP composites, tests under axial loads were carried out on three groups of thirty six short columns in circular section with diverse GFRP confining reinforcement. The major test variables considered include fiber content or orientation, wrap or tube type by varying the end loading condition, and continuous or discontinuous confinement depending on the presence of vortical spices between its two halves. The circumferential FRP strains at failure for different types of confinements were also investigated with emphasis. Various analytical models capable of predicting the ultimate strength and strain of the confined concrete were examined by comparing to observed results. Tests results showed that FRP wraps or tubes provide the substantial increase in strength and deformation, while partial wraps comprising the vertical discontinuities fail in an explosive manner with less increase in strength, particularly in deformation. A bilinear stress-strain response was observed throughout all tests with some variations of strain hardening. The failure hoop strains measured on the FRP surface were less than those obtained from the tensile coupons in all tests with a high degree of variation. In overall, existing predictive equations overestimated ultimate strengths and strains observed in present tests, with a much larger scatter related to the latter. For more accuracy, two simple design- oriented equations correlated with present tests are proposed. The strength equation was derived using the Mohr-Coulomb failure criterion, whereas the strain equation was based on entirely fitting of test data including the unconfined concrete strength as one of governing factors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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