• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권10호
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• pp.688-695
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• 2017

CFRP는 금속에 비해 가벼우면서 강도 및 강성과 내열성 등 기계적 특성이 매우 뛰어나 다양한 분야에서 사용되어지고 있으며 최근 우주항공 분야에 까지 사용되어지고 있지만 외부 충격하중으로 인하여 내부에 발생되는 손상에 대해서는 매우 취약한 단점을 보이고 있다. 본 연구는 외부 충격을 받은 CFRP 적층판의 내부 충격손상에 대해 반복적인 사용에 따른 파괴에 이르기까지의 강도를 고찰함으로써 우주항공 분야에 사용되는 항공기 외판의 설계를 위한 설계 데이터를 확보하기 위한 실험적 연구이다. 실험 빙법으로는 적층구성을 달라하여 제작된 의사등방형 CFRP 시험편과 직교이방성 CFRP 시험편에 대해 직경 5mm의 강구를 충돌시킴으로써 발생하는 충격손상을 관찰한 후 3점 굽힘피로실힘을 통하여 내부 층간분리 및 충격손상의 진전을 관찰하였다. 시험편 내부의 파괴가 발생하기 까지 굽힘피로실험에 따른 굽힘피로강도를 고찰한 결과 강구에 의해 충격을 받은 면이 인장을 받는 경우와 충격을 받는 경우 모두 의사등방성 적층구성의 강도가 높게 나타남을 알 수 있었다.

• 비파괴검사학회지
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• 제34권2호
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• pp.155-164
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• 2014

탄소섬유강화 복합재료(carbon fiber reinforced plastics; 이하 CFRP)는 금속재료에 비해 중량이 가벼우면서도 비강도와 비강성이 높은 재료로 항공기, 자동차, 선박 등의 다양한 분야에서 적용이 증가하고 있다. CFRP는 정적부하에 대해서는 우수한 역학적 특성을 가진 반면에 고온 다습한 환경에서는 우수한 역학적 특성을 기대할 수 없고, 복합재료의 유용한 기계적 성질이 장시간 주위 환경에 놓여 있어도 충분히 유지되어야 하지만 온도, 습도 등과 같은 환경적 요인으로 수분이 복합재료 내로 침투하여 기지의 분자 배열 및 화학적 성질을 변화시키고 복합재료의 계면 특성 및 구성 재질의 기계적 성질을 저하시킨다. 항공기의 경우 운항 시에 CFRP가 고온 다습한 환경조건에 장시간 노출되게 되면 CFRP 내부로 수분이 흡수되게 되는데 CFRP 내부에 흡수된 수분은 체적팽창을 야기시키고 내부 응력상태를 변화시킬 뿐만 아니라 섬유와 기지의 화학적 결합을 분리시킴으로써 접합강도를 급격히 저하시키게 된다. 따라서 CFRP를 사용하는 항공기의 구조 건전성 확보를 위하여 실제 환경에서의 특성 변화를 연구할 필요가 있다. 본 연구에서는 공기결합 초음파탐상검사(air coupled ultrasonic testing; 이하 ACUT) 시스템을 이용하여 흡습된 CFRP의 비파괴적 특성을 평가하고자 하였다. CFRP 시험편을 직접 제작한 후 고온다습한 환경을 설정하기 위해 항온수조를 이용하여 $75^{\circ}C$의 증류수에 30일, 60일, 120일간 침지하였고, ACUT를 이용하여 흡습에 의한 CFRP 시험편의 특성 변화를 초음파 C-scan 이미지와 흡습 전과 후의 신호의 전파시간 변화를 통해 초음파 신호 특성 변화를 고찰하였다. 또한 전단강도 평가를 통해 흡습에 의한 기계적 특성 변화를 실험적으로 검증하였다.

• 한국공작기계학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.125-132
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• 2007

The purpose of present paper is to investigate a fracture characteristics of the finite-width single-edge-notch(SEN) carbon fiber/epoxy reinforced plastics(CFRP) plates by using an acoustic emission(AE). Uni-directionally oriented 10 plies CFRPs specimen which had different notch length were prepared for monotonic tensile test. Matrix cracking appeared over whole testing process and fiber breaking appeared later on mainly Load distribution factor of the matrix confirmed that increased according as increases of plate width ratio. The amplitude distribution of AE signal from a specimens is an aid to the determination of the different fracture mechanism such as matrix cracking, disbonding, interfacial delamination, fiber pull-out, fiber breaking, and etc. In the result of AE amplitude distribution analysis, matrix cracking, fiber disbonding or interfacial delamination, and fiber pull-out or fiber breaking signal correspond to <65dB, <75dB, and <90dB respectively, Also, changes of the slope of cumulative AE energy represented crazing phenomena or degradation of materials.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제42권3호
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• pp.258-265
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• 2014

목구조물 접합부에 기존 드리프트핀(Drift pin)을 대체하고자 단판이나 합판을 유리섬유강화플라스틱(GFRP: Glass fiber reinforced plastic)과 복합 적층시킨 GFRP보강적층목재핀을 제작하였다. 더불어 GFRP보강적층목재핀을 사용하여 집성재 접합부의 인장형 전단내력 시험을 실시하였다. GFRP 배열에 따른 보강적층목재핀의 휨강도 시험결과 GFRP를 각층에 1장씩 삽입한 시험편(Type-A)이 가장 양호한 성능을 발휘하였다. 또한 압체압력 $1.96N/mm^2$, 온도 $150^{\circ}C$에서 한 시간 열압하여 고밀화한 시험편이 고밀화하지 않은 시험편과 비교하여 휨강도 성능이 1.57배 향상됨을 확인하였으며, 하중방향에 따라 Edgewise가 Flatwise보다 3.51배 높은 성능을 발휘하였다. 시험을 통해 가장 양호한 성능을 보인 Type-A 보강적층목재핀을 이용하여 전단내력 시험을 실시하였다. 접합구의 종류와 접합판의 종류를 달리하여 시험한 결과 드리프트핀과 강판을 적용한 시험체(Type-DS)와 비교하여 GFRP보강적층목재핀과 GFRP보강목재적층판을 적용한 시험체(Type-WL)가 1.12배 높은 전단내력이 측정되었으며 최대하중 이후에도 매우 양호한 인성이 관찰되었다.

• Composites Research
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• 제22권2호
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• pp.7-13
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• 2009

복합재료가 항공기 구조물 및 기계 부품 등에 폭 넓게 적용됨에 따라, 복합재료 구조들에서 가장 취약한 복합재료 체결부의 설계는 매우 중요한 연구분야로 대두되긴 있다. 본 논문에서는 접착 체결구조와 기계적 체결구조의 조합으로 되어 있는 하이브리드 조인트의 파손강도를 평가하고 예측하였다. 피착제의 두께, w/d, e/d가 서로 다른 10가지 하이브리드 조인트 시험편을 제작하여 평가하였다. 접착 체결구조와 기계적 체결구조의 파손 판정을 위해 파손영역법과 파괴면적지수법이 각각 적용 되었으며, 두 체결부위 중 어느 한족이 먼저 파손기준에 도달할 경우, 하이브리드 조인트가 파손되었다고 가정하였다. 이상의 실험과 해석결과로부터, 하이브리드 조인트 시편의 파손강도는 25.5%, 오차 범위 내에서 예측할 수 있었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.214-226
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• 1992

현재 산업계 각 분야에서 점용접은 사용하지 않는 곳이 거의 없을 정도로 박판구조물의 소재 연결분야에 광범위하게 응용되고 있어 피 공학적 및 공업적 중요성은 증가하고 있지만 이에 대한 피로거동을 연구한 예가 거의 없어 그것에 대한 자료의 축적이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 자동차업계에서 널리 사용되고 있는 복합조직인 고장력강판(High Strength Steel Sheet, HS)과 아연도금강판(Galvanized Steel Sheet, GA)을 선택하여 각 강판간의 점용접(点熔接) 피로특성(疲勞特性)을 규명하였다. 즉 두 종류의 동종(同種) 점용접재(点熔接材)($HS{\times}HS,\;GA{\times}GAB$)와 두 종류의 이종(異種) 점용접재(点熔接材)($HS{\times}GA,\;HS{\times}GAB$)간의 단점(單点) 점용접(点熔接) 시험편(試驗片)을 제작하여 상온하에서 정적 인장시험과 편진(片振) 인장 축하중 피로시험을 실시하여 각 재질간의 정적 인장특성과 피로특성(疲勞特性)을 파괴역학적으로 규명하였다. 위의 실험을 통하여 얻어진 결과는 다음과 같다. 1. 동일 조건하에서 두 종류의 동종 및 이종 점용접재를 인장시험한 결과 강성의 차이에도 불구하고 비교적 그 차이가 적었다. 2. 저하중 장수명 영역에서는 피로균열이 너깃근처에서 생성되었지만 고하중 단수명 영역에서는 너깃에서 좀 더 멀리 떨어져 균열이 발생하였다. 3. 최대응력확대계수 Kmax와 각 용접재의 피로수명 $N_f$사이에는 거의 선형적인 관계를 나타내었고 log-log 좌표상에서 좁은 밴드내에 모였다. 이 관계는 다음과 같은 식으로 표현되었다. $Kmax=H{\cdot}{N_f}^{P}$ 여기서 H와 P는 재료상수이다.

• Composites Research
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• 제31권3호
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• pp.88-93
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• 2018

본 연구에서는 입자크기가 서로 다른 할로이사이트 나노튜브(Halloysite nanotube, HNT)와 밀드 카본(Milled carbon, MC) 강화 복합재료를 사용하여 손상된 복합재료 적층판을 계단형 패치 보수법에 따라 수리하고, 손상된 면과 수리면 사이의 접합 계면에 입자가 미치는 기계적, 구조적 영향을 분석하였다. 이 때, 고온고습의 가혹한 수분 환경에 장시간 노출시켜 손상된 판을 형성하는 기존 재료와의 상대적인 재료 물성 회복률을 비교하였으며 기계적 물성 시험을 통해 성능평가를 실시하였다. 그 결과 $70^{\circ}C$ 고온 증류수에서 HNT는 입자 첨가량에 따라 흡습률이 MC에 비해 뚜렷한 차이를 보였으며 인장강도와 굽힘강도의 경우, 대체적으로 HNT로 강화된 복합재를 사용하여 보수한 시험편이 흡습 전과 후 모두 높은 수치를 나타냈다. 특히, 0.5, 1 wt. %의 HNT가 첨가되었을 때 흡습률이 가장 적었고 이는 기계적 강도 증가에 관여하는 하나의 요인으로 작용하였다. 반면 MC는 소량만으로도 높은 흡습 저항성을 나타냈으며 하중의 방향에 따라 강도의 차이가 발생했다.

• 한국안전학회지
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• 제25권3호
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• pp.34-39
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• 2010

Unidirectional Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) are advanced materials which combine the characteristics of the light weight, high stiffness and strength. For those reasons, the use of the unidirectional CFRP has increased in jet fighters, aerospace structures. However, unidirectional CFRP composites have a lot of problems, especially delamination, compared with traditional materials such as steels and aluminums, and so forth. Therefore, the interlaminar fracture toughness for a laminate CFRP composite is very important. In this study, The mode II interlaminar fracture toughness was measured by using center notched flexure(CNF) test specimen. The CNF specimens using unidirectional carbon prepreg were fabricated by a hot-press with the gage pressure and temperature controller. And three kinds of a/L ratio was applied to these specimens. Here, we discuss the relations of the crack growth and the mode II interlaminar fracture under the four point bending CNF test. From the results, we shows that mode II interlaminar was occurred when the more $a_0$/L ratio, the less load. And $G_{IIC}$ also were obtained as 5.33, 2.9 and $0.58kJ/m^2$ according to $a_0$/L ratio=0.2, 0.3 and 0.4.

• Composites Research
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• 제22권5호
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• pp.15-23
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• 2009

가압주조법으로 제조한 $Al_2O_3$ 섬유와 SiC 입자 혼합 보강 금속복합재료(MMCs)의 상온과 고온에서 윤활마모특성을 조사하였다. 마모시험은 거리와 온도의 변화에 따라 속도를 고정시켜 25Kgf의 하중하에서 수행하였으며 MMCs의 시험편은 가압의 수평(PR)방향과 수직(N)방향에서 채취하였다. 혼합비의 영향을 관찰한 결과 상온에서는 20%섬유만 보강한 PR방향 MMCs의 마모거동은 N방향 보다 우수한 결과를 보였으나, 혼합보강 MMCs는 반대로 나타내었다. 고온($100^{\circ}C$)에는 모든 MMCs에서 PR방향의 마모거동이 N 방향보다 우수한 결과를 보인 것은 보강재와 마찰면간 윤활필름이 강호작용에 기인한 것으로 밝혀졌다. $150^{\circ}C$에서는 혼합 MMCs의 마모거동은 온도영향으로 PR이 N 보다 우수한 결과를 보였다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제41권3호
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• pp.234-246
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• 2013

목조주택의 골조 및 실내 외 마감용으로 사용되는 침엽수 구조재를 대상으로 방염 방충 보존처리제가 혼합된 약제에 마이크로파 가열 후 열기를 지닌체 침지하여 복합적인 기능화를 부여한 후 목재의 건조 스케줄, 방염 시험에 의한 화재 저항성과 흰개미에 의한 내충해성, 혼합 약제의 침투성 분석을 실시한 결과 마이크로파로 3 kW로 5분 급속 가열된 시험편은 목표 온도 및 함수율을 만족하는 것으로 나타났으며, 인산염과 헤테로고리화합물계가 혼합된 약제에 120분 침지할 경우 가장 높은 중량 증가율을 가지는 것으로 나타났다. 또한 방염 후 처리 물품 시험을 실시한 결과 인산염과 혼합된 약제는 방염기준을 모두 만족하는 것으로 나타났으며, 흰개미 투입 후 7일 사충율을 확인한 결과 인산염과 헤테로고리화합물계 혼합 약제 침투 시험편의 경우 96% 이상 높은 사충율을 나타냄으로서 가장 우수한 특성을 가지는 것으로 나타났다. 목재 내부로 약제 침투성 분석을 실시한 결과 목재 세포내부 전면에 있어 혼합약제가 침투된 것으로 나타나 목재의 방염성 및 방충 저항성 등에서 우수한 성능의 발현은 혼합 약제의 균일한 침투때문으로 판단된다.