A matrix method for evaluating effective electro-magneto-thermo-elastic properties of a generally anisotropic multilayered composite is presented. Physical variables are categorized into two groups: one that satisfies the continuity across the interface between layers and another that satisfies an average inter-layer compatibility (which is also exact). The coupled electro-magneto-thermo-elastic constitutive equation is accordingly reassembled into submatrices, which leads to the derivation of concise and exact matrix expressions for effective properties of a multilayered composite having the coupled physical effects. Comparing the results for a purely elastic multiplayer with those from other theoretical approaches validates the developed method. Examples are given for a PZT-graphite/epoxy composite and a $BaTiO_3-CoFe_2O_4$ multiplayer which exhibit piezo-thermoelastic and magnetoelectric properties, respectively. The result shows how a strong magnetoelectric effect can be achieved by combining piezoelectric and piezomagnetic materials in a multilayered structure. The magnetoelectric coefficient of the $BaTiO_3-CoFe_2O_4$ multiplayer is compared with those for fibrous and particulate composites fabricated with the same constituents.
The present study is concerned with the stochastic linear free vibration study of laminated composite plate embedded with piezoelectric layers with random material properties. The system equations are derived using higher order shear deformation theory. The lamina material properties of the laminate are modeled as basic random variables for accurate prediction of the system behavior. A $C^0$ finite element is used for spatial descretization of the laminate. First order Taylor series based mean centered perturbation technique in conjunction with finite element method is outlined for the problem. The outlined probabilistic approach is used to obtain typical numerical results, i.e., the mean and standard deviation of natural frequency. Different combinations of simply supported, clamped and free boundary conditions are considered. The effect of side to thickness ratio, aspect ratio, lamination scheme on scattering of natural frequency is studied. The results are compared with those available in literature and an independent Monte Carlo simulation.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.244-249
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2001
In this paper, we present the simultaneous measurement of the fabricaition strain and temperature during and after cure of unsymmetric composite laminate uising fiber optic sensors. Fiber Bragg grating/extrinsic Fabry-Perot interferometric (FBG/EFPl) hybrid sensors are used to measure those measurands. The characteristic matrix of sensor is analytically derived and measurements can be done without sensor calibration. A wavelength-swept fiber laser is utilized as a light source. FBG/EFPI sensors are embedded in a graphite/epoxy unsymmetric cross-ply composite laminate at different direction and different location. We perform the real time measurement of fabrication strains and temperatures at two points of the composite laminate during cure process in an autoclave. Also, the thermal strains and temperatures of the fabricated laminate are measured in thermal chamber. Through these experiments, we can provide a basis for the efficient smart processing of composite and know the thermal behavior of unsymmetric cross-ply composite laminate.
A Modified fuzzy mechanical control of large-scale multiple time delayed dynamic systems in states is considered in this paper. To do this, at the first level, a two-step strategy is proposed to divide a large system into several interconnected subsystems. And we focus on the damage propagation for aircraft structural analysis of composite materials. As a modified fuzzy control command, the next was received as feedback theory based on the energetic function and the LMI optimal stability criteria which allow researchers to solve this problem and have the whole system in asymptotically stability. And we focus on the results which shows the high effective by the proposed theory utilized for damage propagation for aircraft structural analysis of composite materials.
Kim, Do-Hyung;Chang, Young-Hwan;Han, Jae-Hung;Lee, In
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.04a
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pp.14-17
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2003
Vibration control of a composite plate with a surface-bonded fiber Bragg grating (FBG) sensor and piezoceramic actuators has been performed using a neural network based adaptive predictive control algorithm. For the detection of Bragg wavelength changes, two cavity lengths in Fabry-Perot read-out interferometers are used in order to produce two quadrature phase shifted signals. The FBG sensor system and real-time neuro-adaptive control algorithm could be applicable to diverse dynamic systems.
The demands for Home Meal Replacement (HMR) products are continuously increasing owing to the convenience of instant food and online food delivery. Ready-to-heat (RTH) products have received massive attention in the HMR industry because these products can be easily warmed using a microwave oven. However, the conventional microwave packaging should be opened before microwave heating to prevent bursting or food loss owing to the steam-pressure build-up inside the package. Open packaging might lead to non-uniform food heating and cross-contamination. Therefore, packaging materials that are able to release steam without opening are of interest to the HMR industry. In this study, polylactic acid(PLA)/polyethylene glycol(PEG)/nanoclay composite films were manufactured using an extrusion method as packaging materials with a smart steam-releasing function. The introduction of PEG to the PLA imparted a steam self-releasing feature to the composite films owing to the morphology change of composite films during microwave heating. Further, PEG increased the ductility of PLA, which in turn prevented bursting caused due to the steam-pressure build-up. The uniform dispersion of nanoclay obtained by a twin-screw extrusion led to stronger mechanical properties. Therefore, the smart composite films developed here can be applied as microwave packaging materials with a self-releasing function.
The composite materials may be exposed to environmental (thermal or hygral or both) condition during their service life. The effect of environmental condition is usually adverse from the point of view of design of composite structures. In the present research study the effect of hygrothermal condition on the design of laminated composite structures is investigated. The active fiber composite (AFC) which may be utilized as actuator or sensor is considered in the present analysis. The sensor layer is used to sense the level of response of the composite structures. The sensed voltage is fed back to the actuator through the controller. In this study both displacement and velocity feedback controllers are employed to reduce the response of the composite laminate within acceptable limit. The Newmark direct time integration scheme is employed along with modal superposition method to improve the computational efficiency. It is observed from the numerical study that the laminated composite structures become weak in the presence of hygrothermal load. The response of the structure can be brought to the acceptable level once the AFC layer is activated through the feedback loop.
The gas sensing characteristic of $MoS_2-MoO_2$ composite yolk-shell spheres were investigated. $MoO_3$-carbon composite spheres were prepared by ultrasonic spray pyrolysis of aqueous droplets containing Mo-source and sucrose in nitrogen, which were converted into $MoO_3$ yolk-shell spheres by heat treatment at $400^{\circ}C$ in air. Subsequently, $MoS_2-MoO_2$ composite yolk-shell spheres were prepared by the partial sulfidation of $MoO_3$. The $MoS_2-MoO_2$ composite yolk-shell spheres showed relatively low and irreversible gas sensing characteristics at < $200^{\circ}C$. In contrast, the sensor showed high and reversible response (S=resistance ratio) to 5 ppm $NO_2$ (S=14.8) at $250^{\circ}C$ with low cross-responses (S=1.17-2.13) to other interference gases such as ethanol, CO, xylene, toluene, trimethylamine, $NH_3$, $H_2$, and HCHO. The $MoS_2-MoO_2$ composite yolk-shell spheres can be used as reliable sensors to detect $NO_2$ in a selective manner.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.36
no.5
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pp.525-530
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2023
Stretchable piezoelectric energy harvester (S-PEHs) based on composite materials are considered one of the potential candidates for realizing wearable self-powered devices for smart clothing and electronic skin. However, low energy conversion performance and expensive stretchable electrodes are major bottlenecks hindering the development and application of S-PEHs. Here, we fabricated the S-PEH by adopting the piezoelectric composites with enhanced stress transfer properties and kirigami-patterned textile electrodes. The optimum contents of piezoelectric BaTiO3 nanoparticles inside the carbon nanotube/ecoflex composite were selected as 30 wt% considering the trade-off between stretchability and energy harvesting performance of the device. The final S-PEH shows an output voltage and mechanical stability of ~5 V and ~3,000 cycles under repeated 150% of tensile strain, respectively. This work presents a cost-effective and scalable way to fabricate stretchable piezoelectric devices for self-powered wearable electronic systems.
In this study, a smart material applicable to speed bumps was developed using low-cost starch and waterbased suspensions, and their properties were investigated. Viscosity and shear stress according to the shear rate was measured by a rheometer to observe shear thickening behavior according to starch concentration. The shear thickening phenomenon and applicability to speed bumps were identified macroscopically via drop weight test and bike driving test, measuring the vibration after impact with a driving speed of 5-25 km/h. As a result of the viscosity measurement, shear thickening occurred after the shear thinning region at the beginning, and the critical strain causing the shear thickening phenomenon decreased as the concentration of starch increased. Also, the viscosity and shear stress increased significantly with the increase of the starch concentration. As a result of the drop weight test and the bike driving test, the suspension was changed to a solid-like state in a short time, and the impact energy was absorbed in the fluid. The shear thickening phenomenon easily occurred as the concentration of the fluid and the applied impact (velocity) increased. Therefore, it can be proposed the development of a smart speed bump material that operates in the range of 5-25 km/h with a Non-Newtonian fluid based on water and starch.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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