Modem applications could benefit from multifunctional materials having anisotropic optical, electrical, thermal, or mechanical properties, especially when coupled with locally controlled distribution of the directional response. Such materials are difficult to engineer by conventional methods, but the electric field-aided technology presented herein is able to locally tailor electroactive composites. Applying an electric field to a polymer in its liquid state allows the orientation of chain- or fiber-like inclusions or phases from what was originally an isotropic material. Such composites can be formed from liquid solutions, melts, or mixtures of pre-polymers and cross-linking agents. Upon curing, a 'created composite' results; it consists of these 'pseudofibers' embedded in a matrix. One can also create oriented composites from embedded spheres, flakes, or fiber-like shapes in a liquid plastic. Orientation of the externally applied electric field defines the orientation of the field-aided self-assembled composites. The strength and duration of exposure of the electric field control the degree of anisotropy created. Results of electromechanical testing of these modified materials, which are relevant to sensing and actuation applications, are presented. The materials' micro/nanostructures were analyzed using microscopy and X-ray diffraction techniques.
Fatigue cracks in structural components are the most common cause of structural failure when exposed to fatigue loading. In this respect, fatigue crack detection and structural health assessment are very important. Currently, various smart materials are used for detecting fatigue crack and measurement of SIFs(Stress Intensity Factors). So, this paper presented a measurement of SIFs using MFC(Micro Fiber Composite) sensor which is the one of the smart material. MFC sensor is more flexible, durable and reliable than other smart materials. The SIFs of Mode I(K I) as well as Mode II(K II) based on the piezoelectric constitutive law and fracture mechanics are calculated. In this study, the SIF values measured by MFC sensors are compared with the theoretical results.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.10a
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pp.158-162
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2003
The PVDF(polyvinylidene fluoride) film sensor as one of smart sensors has good characteristics to detect the impact damages of composite structures. The capabilities of the PVDF film sensor for evaluating impact behaviors and damages of Gr/Ep laminates subjected to low-velocity impact were examined. From sensor signals, the specific wave-forms implying the damage were detected. The wavelet transform(WT) and Short Time Fourier Transform(STFT) were used to decompose the piezoelectric sensor signals in this study. The impact behaviors of Gr/Ep laminates were simulated and the impact forces were reconstructed using the sensor signals. Finally, the impact damages were predicted by finite element analysis with the reconstructed forces. For experimental verification, a series of low-velocity impact tests from low energy to damage-induced energy were carried-out. The extent of damage in each case was examined by means of ultrasonic C-scan and the measured damage areas were agreed well with the predicted areas by the F.E.A.
In this article, we propose a criterion for ensuring the asymptotic stability of large multiple delays, based on the direct Lyapunov method. Based on this criterion and distributed control scheme, the controllers are synthesized by the PDC to stabilize these large-scale systems with multiple delays. 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. Finally, the numerical simulations confirmed the effectiveness of the method.
Park, Hee-Sang;Choi, Man-Yong;Kwon, Koo-Ahn;Park, Jeong-Hak;Choi, Won-Jae;Jung, Hyun-Chul
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.37
no.2
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pp.91-98
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2017
Recently, composite materials have been mainly used in the main wings, ailerons, and fuselages of aircraft and rotor blades of helicopters. Composite materials used in rapid moving structures are subject to impact by hail, lightning, and bird strike. Such an impact can destroy fiber tissues in the composite materials as well as deform the composite materials, resulting in various problems such as weakened rigidity of the composite structure and penetration of water into tiny cracks. In this study, experiments were conducted using a 2 kW halogen lamp which is most frequently used as a light source, a 2 kW near-infrared lamp, which is used for heating to a high temperature, and a 6 kW xenon flash lamp which emits a large amount of energy for a moment. CFRP composite sandwich panels using Nomex honeycomb core were used as the specimens. Experiments were carried out under impact damages of 1, 4 and 8 J. It was found that the detection of defects was fast when the xenon flash lamp was used. The detection of damaged regions was excellent when the halogen lamp was used. Furthermore, the near-infrared lamp is an effective technology for showing the surface of a test object.
An object in the Low Earth Orbit (LEO) is affected by many environmental conditions unlike earth's surface such as, Atomic oxygen (AO), Ultraviolet Radiation (UV), thermal cycling, High Vacuum and Micrometeoroids and Orbital Debris (MMOD) impacts. The effect of all these parameters have to be carefully considered when designing a space structure, as it could be very critical for a space mission. Polybenzimidazole (PBI) is a high performance thermoplastic polymer that could be a suitable material for space missions because of its excellent resistance to these environmental factors. A thin coating of PBI polymer on the carbon epoxy composite laminate (referred as CFRP) was found to improve the energy absorption capability of the laminate in event of a hypervelocity impact. However, the overall efficiency of the shield also depends on other factors like placement and orientation of the laminates, standoff distances and the number of shielding layers. This paper studies the effectiveness of using a PBI coating on the front bumper in a multi-shock shield design for enhanced hypervelocity impact resistance. A thin PBI coating of 43 micron was observed to improve the shielding efficiency of the CFRP laminate by 22.06% when exposed to LEO environment conditions in a simulation chamber. To study the effectiveness of PBI coating in a hypervelocity impact situation, experiments were conducted on the CFRP and the PBI coated CFRP laminates with projectile velocities between 2.2 to 3.2 km/s. It was observed that the mass loss of the CFRP laminates decreased 7% when coated by a thin layer of PBI. However, the study of mass loss and damage area on a witness plate showed CFRP case to have better shielding efficiency than PBI coated CFRP laminate case. Therefore, it is recommended that PBI coating on the front bumper is not so effective in improving the overall hypervelocity impact resistance of the space structure.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.478-485
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2002
The shape memory alloys (SMAs) are often used in smart materials and structures as the active components. Their ability to provide a high recovery force and a large displacement has been used in many applications. In this paper the radial displacement of an externally pressurized elliptic composite cylinder where SMA liner or strips actuators are bonded on its inner or outer surface is investigated numerically. The elliptic composite cylinders consisting of an inlet duct system with SMAs are designed and analyzed to determine the feasibility of such a system for the removal of stiffeners from an externally pressurized duct of an aircraft inlet. The deformations caused by prestrained SMAs placed on either surface of an elliptic composite cylinder are studied when activated. The externally pressurized elliptic composite cylinders with the SMA actuators were analyzed using the 3-D finite element method incorporated with 3-D SMA behaviors. The results show that the role of stiffeners may be switched by the activated light SMA actuators.
Structural model of laminated composite plate based on the first order shear deformation theory and subjected to a combination of piezoelectric, electromagnetic and thermal fields is established. Coupled equations of motion are derived via Hamilton's principle on the basis of electromagnetic and piezoelectric equations which are involved in constitutive equations. Proportional control and velocity feedback control logics are applied via boundary control moments and forces. Variations of dynamic chasracteristics of composite plate with collocated piezoelectric sensor and actuators, electromagnetic field and temperature gradient are investigated and it reveals that dynamic characteristics of structure can be effectively controlled by utilizing the piezoelectric effect and ply angles of fiber reinforced composites.
In general, surface treatments of electroless Ni-P coating are extensively applied in the industry due to their excellent properties for considerable wear resistance, hardness, corrosion resistance. This study aims to determine the effect of ultrasonic conditions on the morphology, alumina content, roughness, hardness, and corrosion resistance of electroless Ni-P-Al2O3 composite coatings. The characteristics were analyzed by Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), x-ray diffractions (XRD), and atomic force microscopy (AFM), etc. In this study, the effect of ultrasonic condition uniformly distributed alumina within Ni-P solution resulting in a smoother surface, lower surface roughness. Furthermore, the corrosion resistance behavior of the coating was analyzed using tafel polarization curves in a 3.5 wt.% NaCl solution at 25 ℃. Under ultrasonic, Al2O3 content in Ni-P composite solution increased from 0.5 to 5.0 g/L, Al2O3 content at 3.0 g/L was showed a significantly enhanced corrosion resistance. These results suggested that ultrasonic condition was an effective method to improve the properties of the composite coating.
The ionic polymer-metal composite (IPMC) is an electroactive polymer material and has a promising potential as actuators for propulsion and locomotion in underwater systems. In this paper a physics based model is used to analyse the actuation dynamics of the IPMC propulsor. Moreover, proportional-integral (PI) controller is used for position control of the tip displacement of IPMC propulsor. PI parameter tuning is performed using particle swarm optimization (PSO) algorithm. Several performance indices have been used as an objective function to optimize the error of the system. Finally, the best tuning method is found out by comparing the results under various performance indices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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