• Composites Research
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• 제26권6호
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• pp.386-391
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• 2013

본 연구에서는 차량의 승차감 향상을 위해 기존의 알루미늄 차량용 휠의 성능을 개선하고자 복합재료-알루미늄 하이브리드 휠을 제안하고 시제품을 제작하여 평가하였다. 유한요소해석 기법을 통해 알루미늄과 복합재료의 접착부에 대한 접착 길이와 접착 두께를 결정하고, 자동조심 및 접착 지그 역할을 할 수 있는 홈과 돌기 구조를 적용하였다. 차량용 복합재료-알루미늄 하이브리드 휠의 성능평가를 위해 다양한 실험을 유한요소해석을 통해 구현하고 안전성을 검토하였다. 복합재료 림 부의 성형을 위한 금형을 설계하고 진공백 성형방법으로 제작한 후 알루미늄 부와 접착을 하여 시제품을 완성하였다. 진동실험 결과, 동일한 형상의 알루미늄 휠보다 10% 가벼운 복합재료-알루미늄 하이브리드 휠의 경우 고유진동수가 16% 증가하였고, 감쇠능이 32% 증가하였다.

• Composites Research
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• 제25권5호
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• pp.141-146
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• 2012

본 논문에서는 Tsai-Wu 파손이론을 적용하여 Carbon/Epoxy 복합재 적층판으로 이루어진 자전거 휠의 경량화를 위한 적층수와 적층각에 대한 강도설계에 대하여 연구하였다. 복합재료는 적층수와 적층각에 따라 강도와 강성이 변하기 때문에 적용되는 설계 하중 조건에 따른 구조물의 최취약부에서 파손이 일어나지 않도록 최적의 적층각과 최소의 적층수를 찾아야한다. 따라서 유한요소해석을 이용하여 복합재 자전거 휠에 부가되는 수직, 복합하중조건에 대하여 가장 안정적인 적층수 및 적층각을 구하였다. 휠에 적용되는 적층각은 $[0]_{8n}$, $[90]_{8n}$, $[0/90]_{2ns}$, $[{\pm}45]_{2ns}$, $[0/{\pm}45/90]_{ns}$으로 적층수를 변화시켜가며 유한요소해석을 수행하였다. 해석 결과로부터 $[0/{\pm}45/90]_{3s}$의 적층각이 파손에 안정적인 적층각 임을 제안하였다. 또한 이를 통하여 휠의 최취약부를 알 수 있었다.

• 기계와재료
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• 제10권4호통권38호
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• pp.97-110
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• 1998

플라이휠 에너지 저장시스템은 입력되는 잉여전기에너지를 플라이휠의 관성을 이용, 회전 운동에너지로 변환하여 저장하고 필요시 전기에너지로 순시에 출력하는 장치로 배터리와 같은 화학적 에너지 저장장치에 대비되는 기계적 에너지 저장방식 (Electro-mechanical Battery)이다. 플라이휠 시스템은 많은 에너지를 단시간에 저장하고 이를 순발적으로 활용할 수 있는 고효율, 장수명, 무공해의 청정 에너지저장/재생장치로 선진국에서는 무공해 교통수단(전기자동차 등)의 차세대 보조 동력원을 비롯한 각종 민수용, 국방용으로 응용연구가 활발히 진행되고 있다(전력저장용, 인공위성의 태양광 에너지 저장 및 자세제어용, 무소음 적진침투용 차세대 전차의 보조동력원 등). 고효율의 에너지 저장 및 재생을 위해 플라이휠 에너지 저장시스템은 크게 .고속화, 고에너지저장을 위한 복합재 플리이휠 로터.공기 마찰손실 저감용 자가 진공펌프(Self Vacuuming system).지지부 접촉마찰로 인한 에너지 손실 저감용 자기베어링/제어부.플라이휠 구동 및 발전을 위한 Motor/generator.고효율 에너지 입출력 제어부 등의 첨단기술부품으로 구성되어 있는 바, 본 논문에서는 이러한 플라이휠 에너지 저장기술의 국내외 개발현황을 소개하고 현재까지 파악된 기술적 문제점 및 향후 기술개발 전망에 대해 논하고자 한다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.105.2-105.2
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• 2012

타이타늄합금기지 복합재료(Ti-MMC)는 일반 철합금 혹은 철합금기지 복합재료에 비하여 내식성과 내마모성, 내열성, 강도 등이 우수하여, 고성능 가솔린자동차 부품 외에도 하이브리드 자동차 엔진 부품, 고온 압축기 및 터빈 휠 등 고온에서 사용되는 고속 회전품으로 응용가능성이 매우 크다. 그러나 아직까지도 타이타늄 원소재 가격이 높고 제조 공정의 어려움으로 인하여 실용화에 장애가 되고 있다. 이를 극복하기 위하여 최근에는 타이타늄기지 복합재료의 제조단가를 낮추는 동시에 기계적 성질을 개선하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 고가의 HDH(Hydride-Dehydride) 공정에 의하여 제조된 타이타늄 분말 대신에 저가의 titanium hydride를 사용하여 반응생성 공정으로 제조단가가 낮은 복합재료를 제조하고자 하였다. 당 연구실에서 저비용합금으로 개발된 Ti-Al-Fe 계 타이타늄합금을 기지로 한 TiB 강화 복합재료를 제조하기 위하여 반응분말로 $TiB_2$를 사용하여 제조하였다. 강화상 분율에 따른 밀도변화와 제조 공정변수에 따른 소결특성과 기계적 특성 변화에 대하여 조사하였다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2003년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.54-57
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• 2003

Since passenger cars require five wheels including a spare, the weight reduction of wheels without sacrificing performance is important. Recently, the structured components of cars made of steel are replaced by composites. plastics and other nonmetallic materials such as aluminum and magnesium for weight reduction. From these new tried materials are most promising due to their high specific stiffness and specific strength. The composites manufactured by resin transfer molding (RTM) process has not only low cost for the manufacturing but also reduces the lead time and development because the molds for RTM is easy to manufacture. In this work, composite wheels for passenger cars were designed and manufactured by RTM process. Since surface quality of wheels is important for passenger cars, the optimal stacking sequence for composite wheels was selected considering surface quality and mechanical properties. Also, the manufacturing method for the composite mold was depicted.

• Composites Research
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• 제29권2호
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• pp.73-78
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• 2016

본 연구에서 다루는 탄소섬유 복합재 인라인 휠은 플라스틱 인라인 휠 허브의 기존 재질을 탄소섬유 직물/에폭시 수지로 구성된 디스크 형의 허브로 대체하는 것이다. 지면으로부터의 충격 하중은 탄소섬유 복합재 휠의 충격 성능 평가를 위해 저속 충격 시험이 수행되었고, 기존의 플라스틱 휠의 성능과 비교하여 수행되었다. 본 연구는 시험 조건으로 70 J의 충격 하중을 적용하였다. 충격 에너지는 타격 추의 높이와 무게를 조정하여 조절되었다. 탄소섬유 복합재 디스크 허브의 사용은 무게를 절감하고 실제 운행 조건과 유사한 조건인 낮은 충격에너지에서 우수한 반발력을 나타내는 것으로 확인되었다. 충격 하중에 따라 최대 하중은 비례적으로 증가하지만, 최대 하중의 성장은 20 J 충격 하중에서 감소되었고, 45 J 충격 하중에서부터 감소되는 경향의 결과를 보였다. 탄소섬유 복합재 휠은 5 J, 10 J의 충격 하중에서 전체 충격 에너지의 35.3, 19.1%가 리바운딩 되는 우수한 특성을 보였다. 반면에 20 J 이상의 충격하중에 대해서는 얇은 탄소섬유 복합재 허브의 크랙 생성으로 인해 전체 에너지의 5% 이하로 리바운드 되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권8호
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• pp.649-656
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• 2016

두꺼운 복합재료 회전원판은 경량화와 고속화가 요구되는 터빈 디스크, 플라이휠 등에 다양한 기계요소도 활용되고 있다. 본 연구에서는 회전속도가 두꺼운 복합재료 원판의 동적특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 이를 위해 두꺼운 복합재료 회전원판의 동적 운동방정식을 유도하고 유한요소 정식화를 수행하였다. 등방성 원판, 원주강화 복합재료 원판, 그리고 반경강화 복합재료 원판에 대한 수치해석을 수행하였다. 횡전단변형과 회전관성의 고려는 원판이 회전할 때에도 고유진동수를 감소시킬 뿐만 아니라 임계속도를 낮추는 역할을 한다. 원판의 회전속도가 증가함에 따라 횡전단변형과 회전관성 효과가 감소한다는 이전의 연구결과와는 달리 탄성계수의 이방성, 두께비, 모우드에 따라 그 효과가 감소 또는 증가할 수 있는 것으로 나타났다.

• Composites Research
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• 제18권1호
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• pp.45-54
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• 2005

필라멘트 와인딩 공정으로 제작된 고속 회전용 복합재 플라이휠 로터는 층간분리 현상에 의해 에너지 저장용량이 저하된다. 그리고 기존의 링 타입 허브는 복합재 로터 내측면에 인장력을 가하게 되고. 이는 로터내의 반경방향 인장응력을 가중시켜 로터의 한계 회전수를 저하시킨다. 복합재 로터의 응력해석을 위해서 2차원 평형방정식과 경계조건이 사용되었고, 이를 근거로 강도비를 최소화시키는 최적의 내압이 존재함을 수치적으로 제시하였다. 이러한 최적의 내압을 발생시키기 위해서 원주방향으로 분할된 스플릿 타입 허브를 제안하고, 링 타입과 스플릿 타입 허브의 두께변화에 따른 내압분포의 영향을 제시하였다. 스플릿 타입 허브의 유효성을 검증하기 위해 허브를 포함한 복합재 로터를 제작한 다음, 최대 회전수 40,000rpm까지 파손 없이 스핀 테스트를 수행하였다. 동시에 로터 표면에 4개의 원주방향 및 반경방향 스트레인게이지를 부착하여 변형률을 무선으로 측정하였다. 측정된 변형률은 해석결과와 매우 잘 일치하였다. 특히 반경방향의 응력을 크게 낮출 수 있었고, 반경방향으로 모두 압축 변형률이 발생함을 확인하였다. 결국 스플릿 타입 허브는 플라이휠 로터의 단점인 반경방향의 낮은 강도를 보안하는 효과를 나타내어, 저장에너지 밀도를 증가시킴으로써 대형 고출력 플라이횔 에너지 저장 시스템의 개발 가능성을 제시하였다.

• Composites Research
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• 제16권1호
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• pp.34-41
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• 2003

두꺼운 필라멘트 와인딩 복합재료의 경화 공정의 최적화를 위만 모델이 제안되었다. 스마트 경화는 중심 축 부분과 바깥 쪽의 온도 조건을 같게 하는 방법과 중심 푹 쪽의 온도가 약간 높게 조절하여 경화 반응이 안쪽부터 시작될 수 있도록 하는 방법의 두 가지로 제안되었으며, 이는 잔류응력을 줄이기 위함이다.

• 기계와재료
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• 제25권3호
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• pp.130-136
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• 2013

철도차량용 제동장치 성능시험기는 제륜자의 마찰계수, 마모량, 열반점 등의 물리적 성질을 실차와 유사한 환경조건에서 시험을 수행함으로써 제륜자의 연구개발 및 성능평가의 목적으로 활용한다. 제륜자는 차량의 운동에너지를 열에너지로 변환한다. 성능시험기는 철도차량의 주행 운동에너지에 해당하는 관성질량으로부터 회전 운동에너지에 해당하는 관성모멘트를 조성하여야 한다. 공용 시험기에서 각종 철도차량에 대한 관성모멘트를 기계적 관성모멘트인 플라이휠로 모의하기에는 용량도 크고 구조가 복합하여 현실적으로 한계가 있다. 본 연구에서는 기계적 관성모멘트의 한계를 극복하고자 전기적 관성모멘트를 부가적으로 활용하는 기법을 제시하고 이를 적용한 시험기를 소개하고자 한다. 이러한 연구는 시험기의 외형적인 크기를 줄이고 또한 각종 철도차량에서 요구하는 정량적인 관성질량의 모의가 가능하리라고 사료된다.