• 대한기계학회논문집A
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• 제38권7호
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• pp.765-770
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• 2014

본 논문에서는 복합재 대차프레임 볼트 체결부의 내구성 향상 방안에 대한 연구를 다루고 있다. 이를 위해, 인서트와 나사산 유무에 따른 3가지 경우를 고려하여 볼트 체결부에 대한 시험 및 해석을 통해 인서트 형태 및 유무에 미치는 영향을 평가하였다. 제안된 볼트 체결부의 구조 성능은 ASTM D5961에 의거한 시험을 통해 비교 평가하였다. 시험결과, 나사산이 없는 인서트를 갖는 볼트 체결부가 가장 적합한 것으로 확인되었다. 또한, 볼트 체결부를 고려한 복합재 대차프레임에 대한 구조 안전성 평가를 JIS E 4207에 의거하여 유한요소해석을 통해 평가하였다. 복합재 구조물은 Tsai-Wu 파손기준식에 의해 파손평가를 적용하였고, 볼트 체결부와 같은 금속재 구조물은 Von-Mises 파손기준식에 의해 평가하였다. 이때, 볼트 체결부의 경우에는 상세한 구조해석 결과 검토를 위해 서브모델링 기법을 적용하였다. 구조해석결과, 나사산이 없는 인서트가 적용된 볼트 체결부의 경우에는 볼트 체결부 주위의 복합재 구조물에 발생하는 Tsai-Wu 파손지수가 다른 경우에 비해 약 50% 감소하는 경향을 보였는데, 이는 나사선이 없는 인서트 형상이 복합재 대차프레임 볼트 체결부의 내구성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• Composites Research
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• 제21권4호
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• pp.22-28
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• 2008

복합재료 체결부는 전체 복합재 구조물의 성능을 결정하는 중요한 부분이므로, 체결부에 대한 해석과 강도평가는 매우 중요하다. 본 논문에서는 복합재 접착 체결부의 강도를 실험적으로 평가하고 분석하였으며, 구조해석으로 평가한 체결부의 강도와 상호 비교하였다. 접착 체결부의 강도예측을 위하여 최대 변형률 이론과 파손영역 이론을 사용하였으며, 비선형 유한요소 해석을 통해 제안된 파손영역비를 기준으로 접착 체결부의 파손강도를 예측할 결과, 최대 22.2% 범위 내에서 파손강도를 예측할 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제35권3호
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• pp.204-211
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• 2007

연구에서는 5가지의 접착길이를 갖는 탄소 복합재-알루미늄 단일겹침 체결부에 대한 실험을 통해 단일겹침 접착 체결부의 파손양상 및 강도를 연구하였다. 시편은 필름 형태의 접착제인 FM73m을 사용하여 이차접착으로 제작하였다. 실험 결과, 이종재료 접착 체결부의 강도는 금속-금속 체결부의 강도보다는 낮고, 복합재-복합재 체결부의 강도보다는 높게 나타났다. 접착길이 대 폭의 비가 1보다 작은 경우, 접착길이의 증가가 강도 저하에 미치는 영향이 컸지만, 접착길이 대 폭의 비가 커질수록 접착길이의 효과는 줄어드는 것으로 나타났다. 모든 시편은 최종적으로 층간분리의 형태로 파손되었다. 따라서 고강도 접착제를 사용한 체결부의 강도향상을 위해서는 적층판의 층간분리 파손을 지연시킬 수 있는 설계가 중요할 것으로 판단된다.

• Composites Research
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• 제27권6호
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• pp.213-218
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• 2014

본 논문에서는 특성길이 및 특성 곡선 방법을 굽힘 하중 상태의 복합재 기계적 체결부에 적용하여 강도를 예측하는 연구를 수행하였다. 선행 연구들이 특성길이 및 특성 곡선 방법을 인장과 압축 하중에만 적용한 것과 달리 본 연구에서는 굽힘 하중에 적용하고 그 가능성을 확인했다. 체결부 파손 해석을 위해 ABAQUS를 사용하여 핀과 모재의 접촉 및 마찰을 고려한 비선형 해석을 수행하였다. 해석결과를 이용하여 얻은 특성 곡선상에서 Tsai-Wu 이론을 적용하여 파손 및 파단 양상을 예측하였다. 또한 복합재 시편에 굽힘 하중을 가해 파손하중을 알아보는 실험을 통해 검증한 결과 해석으로 얻은 복합재 체결부의 파손하중이 실험 결과와 매우 잘 일치함을 확인하였다. 결론적으로 특성길이 및 특성 곡선 방법이 굽힘 하중 상태의 복합재 기계적 체결부의 강도를 비교적 잘 예측할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

• 한국추진공학회지
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• 제16권3호
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• pp.90-96
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• 2012

복합재 연소관의 접합 체결부 최적의 설계 길이를 결정하기 위해 접합부 길이변화에 따른 구조해석을 수행하였다. 이때, 접착 체결부의 길이는 50 mm에서 300 mm의 범위를 갖는다. 무응력 상태의 초기 접합부 길이대비 응력구배가 발생하는 않는 구간의 길이를 "응력구배 길이 비"로 정의하고 이를 접착 체결부 길이선정을 위한 평가기준으로 정의하였다. 구조해석 결과 접착 체결부의 길이가 200 mm 이상으로 증가할 경우 응력구배 길이 비의 증가가 서서히 나타남을 확인하였다. 이는, 접착 체결부에 적용되는 2,500 psi 내압에서 구조적 안전성을 확보하는 최적화된 접착 체결부의 길이가 200 mm임을 의미한다.

• 한국추진공학회지
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• 제17권2호
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• pp.31-38
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• 2013

본 연구에서는 열습환경에 노출된 탄소섬유/에폭시 복합재의 핀 체결부에 대해 핀 하중시험을 수행하고 수집된 음향방출신호를 분석하여 열습환경이 복합재 핀 체결부의 파괴거동에 미치는 영향을 조사하였다. 이때 시편은 환경조건에 노출되기 전의 시편(Base), 상온침수환경에 노출된 시편(RT), 고온침수 환경에 노출된 시편(HT)으로 구분하였다. 연구결과에 의하면 RT 시편과 HT 시편의 베어링 강도는 Base 시편에 비해 각각 2.2%와 13% 감소하였다. 음향방출신호의 경우 시편 종류에 따라 파손이 가속화되는 시점이 달라짐을 나타내었으며 RT 시편과 HT 시편은 Base 시편에 비해 모재균열에 의한 이벤트가 감소하는 경향이 나타났다. 이로 미루어 판단하면 열습환경은 복합재 핀 체결부의 음향방출신호뿐 아니라 계면특성의 저하도 초래함을 알 수 있었다.

• 한국추진공학회지
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• 제4권3호
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• pp.64-73
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• 2000

본 체결부는 필라멘트 와인딩으로 제작된 연소관, 복합재 쐐기 그리고 알루미늄 내부 링으로 구성된다. 여기서 연소관은 헬리컬 층과 후프 층으로 이루어져 있다. 이러한 복합재 연소관의 성능 향상을 위해 체결부의 설계 변수에 따른 유한 요소 응력 해석이 수행되었다. 이때 접착 층을 난-소성 거동 재질로, 쐐기부와 알루미늄 링간의 접촉 상태는 ABAQUS의 접촉 표면 요소로 모사 되었다. 또한 해석 결과의 정확성을 입증하기 위해 내압에 의한 체결부 밀림 변위와 연소관 몸체의 원주 방향 변형도를 수압 시험과 비교하였다. 쐐기와 알루미늄 링간의 완벽 접착은 쐐기와 연소관간의 접착 층에 높은 전단 변형을 발생시켜 체결부 조기 파괴의 원인이 된다. 쐐기와 알루미늄 링간의 미 접착은 쐐기와 연소관사이의 접착 층 전단 응력을 감소시키는 반면 내부 알루미늄 링의 미끄러짐 거동으로 체결부 복합재의 반경 방향 변형을 증가시켜 파괴를 유발하였다. 그러나 쐐기부와 알루미늄 링간의 미접착 상태에서, 원주 방향 와인딩으로 체결부 지점을 보강한 경우, 알루미늄 링의 미끌어짐이 억제되어 체결부 지점의 복합재 원주 방향 변형값이 감소했다.

• Composites Research
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• 제16권4호
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• pp.10-21
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• 2003

본 논문에서는 특성길이 결정을 위해 시편에 가해지는 하중과 내부 응력분포의 관계가 거의 선형적으로 변한다는 특성을 이용하여. 실험을 수행하지 않고 복합재 체결부 파손해석을 위한 특성길이를 결정할 수 있는 방법을 제안하였다. 제안된 방법을 사용할 경우 특성길이 결정을 위한 실험 없이도 실험값을 사용한 결과와 동일한 압축특성길이를 얻을수 있음을 보였다. 압축특성길이 결정에서와 마찬가지로 실험 없이 인장특성길이를 결정하기 위해, 기존의 방법에서와 달리, 인장특성길이의 정의를 위해 사용하는 적층판의 강도값을, 원공이 없는 적층판의 값이 아닌 원공을 가진 적층판의 값을 사용하였다. 유한요소해석은 MSC/NASTRAN을 이용하였고, 체결재와 복합재의 접촉부는 접촉면 요소를 사용하여 모델링하였다. 제안된 방법으로 해석한 복합재 체결부의 파손하중은 Graphite/Epoxy 복합재료 체겯부의 실험 견과와 매우 잘 일치함을 확인하였다

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.933-937
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• 2011

돔 분리형 복합재 연소관의 접합 체결부 최적의 설계 길이를 결정하기 위해 접합부 길이변화에 따른 구조해석을 수행하였다. 이때, 접착 체결부의 길이는 50mm에서 300mm의 범위를 갖는다. 무응력상태의 초기 접합부 길이대비 응력구배가 발생하는 구간의 길이를 "응력구배 길이 비"로 정의하고 이를 목적함수로 선정하였다. 구조해석 결과 접착 체결부의 길이가 200mm 이상으로 증가할 경우 응력구배 길이 비의 증가가 서서히 나타남을 확인하였다. 이는, 접착 체결부에 적용되는 2,500psi 내압에서 구조적 안전성을 확보하는 최적화된 접착 체결부의 길이가 200mm임을 의미한다.

• Composites Research
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• 제35권5호
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• pp.322-327
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• 2022

복합재 체결부는 뛰어난 물성과 가벼운 구조의 수요로 널리 사용되고 있다. 하지만 두께 방향의 취약한 물성으로 인해 체결부 파손이 쉽게 발생한다. 이를 극복하기 위하여 체결부 끝단의 집중되는 응력을 완화시켜주는 Z-피닝, 스티칭 등 다양한 공법들이 적용되고 있다. Z-피닝 공법은 프리프레그의 두께 방향으로 금속 핀이나 카본 핀을 적용하여 보강하는 공법이고, 스티칭 공법은 프리폼에 상부 및 하부 섬유를 교차시켜 두께방향으로 기계적 강도를 향상시키는 방법이다. I-fiber 스티칭 공법은 Z-pinning 공법과 Stitching 공법을 보완한 유망한 공법이다. 본 논문에서는 I-fiber 스티칭 공법으로 보강된 Single-lap joint 시편을 오토클레이브 진공백 성형법으로 제작하여, 모재의 두께와 스티칭 각도에 따른 인장강도 및 피로강도 특성을 평가하여, I-fiber 보강 복합재 체결부 구조물의 보강효과를 검증하였다. 실험결과, 복합재 체결부의 두께가 얇을수록 I-fiber 보강효과가 더 높게 나타났으며 I-fiber로 보강된 복합재 체결부는 파손강도에서 약 52%, 피로강도에서 약 118% 우수한 특성을 나타냄을 확인하였다.