Strength and Failure Mode Prediction of Mechanically Fastened Carbon/Epoxy Joints

탄소/에폭시 복합재료 구조물의 기계적 결합에 대한 강도 및 파손모드 예측

An investigation was performed to study the predicting the joint strength of mechanical fasteners. Bearing failure is most important failure mode for designing joint. So in this study, the prediction method in consideration with bearing failure was chosen. In the proposed method, the characteristic length is combined with the Yamada-Sun failure criterion, Tsai-Hill failure criterion and characteristic length for Tension and Compression is determined from investigation. Especially the length of compression is determined from the "bearing failure test" that newly conceived to take bearing failure into consideration. The proposed prediction method was applied to quasi-isotropic carbon/epoxy joint showing net-tension and bearing failure experimentally. Good agreement was found between the predicted and experimental result for each joint geometry. geometry.

본 연구에서는 탄소/에폭시 복합재료의 기계적 결합부위의 결합강도 예측을 위한 구조해석과 실험을 수행하였다. 복합재료 구조물의 Joint설계에 있어 베어링 파괴는 대단히 중요한 파괴형태 중하나이다. 그래서 본 연구에서는 베어링 파괴를 해석적으로 예측하고 실험적으로 확인하였다. 순수인장 파괴(Net Tension Failure)와 베어링 파괴(Bearing Failure) 실험을 위해서 각각 두 가지 형상의 시편을 선택하였다. 기계적 결합강도 예측에 사용된 방법은 특성길이(Characteristic Length)법과 연관시킨 Yamada-Sun 파괴기준(Failure Criterion)과 Tsai-Hill 최대일 이론이다. 그리고 인장특성길이와 압축특성길이는 실험을 통하여 얻어지며, 특히 압축특성길이 결정은 최근에 착안된 베어링파괴 실험으로부터 결정하였다. 위와 같은 예측 방법을 준등방성(Quasi-Isotropic) Carbon/Epoxy HT245/RS3232에 적용하였다. 연구결과, 이론적인 복합재료 파괴예측이 실험결과와 잘 일치함을 확인할 수 있었다.