Composites Research

The Korean Society for Composite Materials (한국복합재료학회)
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Effect of Filled Hole on Strength Behavior of CFRP Composites at Cold Temperature Dry and Elevated Temperature Wet

저온건조($-55^{\circ}C$) 및 고온다습 조건($108.3^{\circ}C$)의 기계적 체결 홀이 탄소섬유강화 복합재의 강도 특성에 미치는 영향 연구

  • Published : 2009.06.30
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Abstract

The effect of open and filled holes on the strength behavior of carbon fiber reinforced polymeric (CFRP) composites was investigated. The strength was measured at room temperature dry, cold temperature dry, $-55^{\circ}C$, and elevated temperature wet, $108.3^{\circ}C$ on several different laminate configurations. Based on the experimental data presented, it is shown that the filled hole tensile strength is larger than that of open hole by reducing damage around the hole due to the constraint imposed by the fastener. The tensile strength at cold temperature dry, $-55^{\circ}C$ is increased with the brittleness by the thermal expansion coefficient of fiber and matrix. The compressive strength at elevated temperature wet, $108.3^{\circ}C$ is decreased by the cause of interfacial deterioration between fiber and matrix with moisture absorption.

본 연구에서는 노치 홀과 기계적 체결 홀이 탄소섬유강화 복합재의 강도특성에 미치는 영향에 대하여 연구를 수행하였다. 강도는 상온건조, 저온건조($-55^{\circ}C$)와 고온다습 조건($108.3^{\circ}C$)에서 측정하였으며, 실험결과를 바탕으로 다음과 같은 결론을 얻었다. 기계적 체결 홀에서 인장강도의 증가는 볼트에 의해서 가해진 구속으로 홀 주위의 손상을 억제함으로써, 강도를 증가시킨 것으로 분석된다. 저온($-55^{\circ}C$)에서 인장강도의 증가는 섬유와 모재의 열팽창계수 거동의 특성에 따른 취성 증가의 요인이며, 고온다습 조건($108.3^{\circ}C$)에서 압축강도 감소는 침투만 수분에 의해 섬유와 모재의 층간 결합부의 물성이 저하한 것으로 사료된다.

Keywords

References

  1. Reinhart, J.J. and et al., Composites, ASM international, Vol. 1, 1987, pp. 479-495
  2. Shen, C.H., and Springer G.S., "Effect for Moisture and Temperature on the Tensile Strength of Composite Materials," Journal of Composite materials, Vol. 11, 1997, pp. 2-6 https://doi.org/10.1177/002199837701100102
  3. Whitley S.k., and Gates T.S., " Thermal/Mechanical Response and Damage Growth in Polymeric Composites at Cryogenic Temperature," AIAA Journal, Vol. 42, No. 10, 2004, pp.1991-2001 https://doi.org/10.2514/1.1063
  4. 김명곤, 강상국, 김천곤, 공철원, "극저온 환경에서 탄소섬유강화 복합재의 인장 물성에 관한 연구," 한국복합재료학회지, 제17권, 제6호, 2004, pp. 52-57
  5. 김명곤, 강상국, 김천곤, 공철원, "극저온 환경에서 탄소섬유강화 복합재료의 수지조성변화에 따른 인장 물성 측정," 한국복합재료학회지, 제20권, 제4호, 2004, pp. 1-8
  6. 김윤해, 김국진, 조영대, 배성열, 문경만, 한중원, 김동훈, "섬유강화 복합재료의 전단강도에 미치는 흡습의 영향," 한국복합재료학회지, 제21권, 제2호, 2008. pp. 1-7
  7. Bullions T.A., Loos A.C., and Mcgrath, J.E., " Moisture Sorption Effects on and Properties of a Carbon Fiber-reinforced Phenylethynyl-terminated Poly(etherimide)," Journalom of Cposite materials, Vol. 37, No. 9, 2003. pp. 791-809 https://doi.org/10.1177/002199803029417
  8. Shimokawa T., Kakuta Y. , Hamaguchi Y., and Aiyama T. "Static and Fatigue Strεngths of a G40-800/5260 CarbonFiber/Bismaleimide Composite Material at Room Temperatureand 150," Journal of Compositε materias, Vol. 42, No7, 2008, pp. 655-679 https://doi.org/10.1177/0021998308088605
  9. Johnson W.S., and Trεasurer P., "Radiographic Investigationof the Effiεcts of Ply Modification on Damage 0εvelopmεntin Laminates Containing Circular Holes," Journal of Compositematerials, Vol. 42, No. 20, 2008, pp. 2143-2161 https://doi.org/10.1177/0021998308094552
  10. Mcgregor C., Zobeiry N., Vaziri R., Poursartip A., "A Constitutive Model for Progressive Compressive Failureof Composites," Journal of Composite materials, Vol. 42,No. 25, 2008, pp. 2687-2716 https://doi.org/10.1177/0021998308096330
  11. 최재민, 전흥재, 변준형, "기계적으로 체결된 복합재료 평판에서 다양한 인자의 영향에 따른 워공 주위의 응력분포," 한국복합재료학회지, 제18권, 제6호, 2005, pp. 9-18
  12. ASTM 0 5229, Standard Test Method for Moisture AbsorptionProperties and Equilibrium Conditioning of Polymer MatrixComposite Materials
  13. ASTM D 3039, Standard Method for Tensile Propertiesof Polymer Matrix Composite Matδrials
  14. ASTM D 5766, Standard Test Method for Open HoleTensile Strength of Polymer Matrix Composite Laminates
  15. ASTM D 6484, Standard Test Method for Open HoleCompressive Strength of PolymεMatrix CompositeLaminatεs
  16. ASTM D 6742, Standard Practice for Filled Holε Tensionand Compression Testing of Polymer Matrix CompositeLaminates.