• 한국융합학회논문지
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• 제8권7호
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• pp.231-236
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• 2017

본 연구에서는 고분자재료인 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)과 구조용 금속인 SM45C로 이루어진 이종 복합재료가 경량화 재료용으로 사용되고 있다. SM45C를 심재로 갖고 양면에 섬유 적층각도가 다른 단반향 CFRP를 접착시킨 샌드위치형 복합재료를 이용하여 CT(Compact Tension)시험을 기초로 한 유한요소 해석을 진행하였다. CT시험은 하중을 받는 재료내의 크랙으로 인한 파괴거동을 확인하기 위한 대표적인 방법이다. 이종 복합재료를 기계 구조물에 적용하기 위해서는 크랙 및 구멍에 대한 영향을 연구하여야 한다. 샌드위치형 복합재료의 CT시험에 의한 파괴거동을 시뮬레이션 해석으로 연구하였다. 본 연구 결과로서, [0/60/-60/0]의 적층각도를 가진 단방향 CFRP 샌드위치형태 복합재료가 우수한 강도를 갖으며 최대 등가응력은 약 182GPa정도가 나타났다. 또한 복합 재료 형상으로서의 디자인적 요소를 융합 기술에 접목함으로서 그 미적인 감각을 나타낼 수 있다.

• Composites Research
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• 제19권3호
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• pp.23-28
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• 2006

탄소나노튜브로 강화된 구리기지 적층 나노 복합재료를 제작하였고, 마이크로 인장 시험기를 이용하여 기계적 물성을 평가하였다. 탄소나노튜브 층이 강화제로 사용된 샌드위치 형태의 적층 구조는 탄소나노튜브의 선택적인 딥코팅 방법과 전해도금 방법을 이용하여 제작되었다. 본 연구에서 정립한 공정을 사용하여 제작된 나노 복합재료는 구리 기지만을 사용한 재료에 비해 기계적 물성이 향상되었다. 이는 평면내 방향으로 균일하게 분산된 탄소나노튜브에 의해 하중 분산 용량이 증가되었기 때문이며, 두께 방향으로 적층된 구리 기지를 탄소나노튜브 층이 상호 지지하여 인장물성이 강화됨을 확인하였다. 기능적 재료의 제작에 있어 적층 구조는 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 본 연구에서는 입자강화복합재료 강화제의 적용 가능성을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권11호
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• pp.5979-5986
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• 2013

본 연구에서는 복합재료 적층 쉘 구조의 기하학적 비선형 동적 거동을 상세 분석하였다. Sanders의 1차 전단 변형 쉘이론 및 비선형 방정식을 기반하여, 비선형 동적 방정식의 해는 Newmark 방법과 Newton-Raphson 반복법을 혼용하여 적용하여 산정하였다. 본 연구에서 개발한 유한요소 해석프로그램을 사용하여 쉘의 곡률, 화이버 보강각도 및 적층 배열의 변화가 적층 쉘의 기하학적 비선형 동적 거동에 미치는 영향을 상세 분석하였다. 몇 가지 수치해석 결과는 기존 문헌으로부터 얻어진 결과와 잘 일치하는 것으로 나타났다. 본 연구의 새로운 결과는 최대 동적변위에 대한 적층 쉘 구조의 곡률, 화이버 보강각도 그리고 적층 배열 형식과의 중요한 상호관계를 보여준다. 몇 가지 수치해석 예제는 동적 특성을 고려한 적층 쉘 구조를 상세 설계하는데 필요한 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국철도학회논문집
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• 제13권4호
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• pp.382-388
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• 2010

본 논문은 샌드위치 복합재가 적용된 철도차량 차체 구조물을 위한 표준유한요소모델을 제시하였다. 최근 샌드위치 복합재는 높은 굽힘 강성 및 강도를 가지며 차체의 경량화와 공간 확보를 통해 에너지 효율을 향상시킬 수 있어 국내의 많은 분야에서 널리 사용되고 있다. 그러므로 복합재 철도 차량의 제작 전에 유한요소법 등을 통해 구조안전성을 검증해야 한다. 본 연구에서는 다양한 철도차량의 실제 구조시험과 같은 수직, 압축, 비틀림 하중 및 고유진동수 해석을 통해 철도차량 구조물의 표준유한요소모델을 검증 제시하였다. 그 결과, 샌드위치 패널의 굽힘 강성을 향상시키기 위한 보강 금속 프레임에는 빔 요소보다는 사각 쉘 요소가 적절하였으며, 샌드위치 패널의 허니콤 코어와 적층복합재의 경우 적층 쉘 요소와 비교하여 적층 쉘 요소와 솔리드 요소를 사용하는 것이 적절하다. 또한, 제안된 표준유한요소모델은 유한요소모델의 수정 없이 충돌모델에 적용할 수 있는 장점을 가지고 있다.

• Composites Research
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• 제16권5호
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• pp.15-20
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• 2003

본 논문에서는 표면 손상을 입은 적층판의 파괴 강도를 결함이 없는 적층판의 파괴 강도와 결함이 있는 적층판의 파괴 강도를 이용하여 예측하였다. 이를 위해 고전 적층판 이론을 적용하여 적층판의 파괴 강도식을 단순화했으며 이를 표면 손상을 입은 적층판에 적용하였다. 단순화한 적층판의 파괴 강도 이론식의 검증을 위해 Lagace와 Tsai의 논문에서 측정한 데이터를 이용하였다. 또한, 표면 손상을 입은 적층판의 파괴 강도 예측식의 검증을 위해 실험을 수행하였다. 실험을 위해 표면 결함이 없는 적층판과 표면 결함이 있는 적층판을 제작하여 실험하였으며 이 결과를 예측식과 비교하였다. 시편의 섬유 방향은 인장 방향과 같은 방향으로 제작되었으며, 예측식과 실험 결과는 잘 일치하였다. 따라서 본 논문에서 예측만 표면 결함이 있는 적층판의 파괴 강도 예측식을 이용하여 복합재료가 사용되는 구조물이 표면 손상이 되었을 때 이 구조물의 파괴 강도를 예측할 수 있을 것이다.

• 대한조선학회지
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• 제26권4호
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• pp.67-80
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• 1989

복합적층 구조물의 체결특성을 연구하기에 앞서 구조물 제작시 필연적으로 대두되는 원공이 있는 적층판의 기 제시된 몇 가지 파괴해석 모델을 고찰하고, 파괴특성을 알아 보았다. 또한, 원공이 있는 단일방향 복합재료와 $[{\pm}45^{\circ}]2s,\;[0^{\circ}/90^{\circ}]2s,\;[{\pm}45^{\circ}/0^{\circ}/90^{\circ}]s$ 적층판의 시편실험 결과를 이용, 특성길이를 계산하여 파손강도를 예측하고자 했다. AE(Acoustic Emission) 실험평가는 주로 손상의 발생과 거동을 추적하여 파손과정을 평가하는 방법으로 사용했고 Ultrasonic 시험법은 초기 손상검출, 손상 영역의 크기를 규명하고자 했다.

• Composites Research
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• 제12권4호
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• pp.42-54
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• 1999

섬유-금속 적층 복합재료(FMLC)는 섬유와 금속 박판으로 구성된 새로운 형태의 구조재로 가볍고 우수한 피로 특성을 가지며 금속과 같이 가소성과 충격저항성이 우수하고, 가공성이 뛰어나다. 본 연구에서는 여러 하중 조건하에 있는 섬유-금속 적층 복합재료를 유전자 알고리듬을 이용하여 최적 설계하였다. 전단변형이론에 근거한 유한요소법을 사용하여 적층판을 해석하였으며, 설계변수로 금속판의 강도와 섬유 층의 수에 따른 적층각도를 두었다. 섬유층과 금속판의 적합도 함수로는 각각 Tasi-Hill failure criterion과 Miser yield criterion을 사용하였다. 유전자 알고리듬의 연산자로는 토너먼트 선택과 균일 교배를 사용하였다. 효율적인 진화를 위해 엘리티스트 모델을 사용하며, 높은 정확도를 가진 해를 얻기 위해 크리프 무작위 탐색(creeping random search) 방법을 통해 더 우수한 자손을 얻었다. 여러 가지 하중 조건에 대하여 최적설계 결과를 나타내었으며, 파괴 지수 측면에서 탄소섬유강화복합재료(CFRP)와 비교하였다. 해석 결과 섬유-금속 적층 복합재료는 탄소섬유강화복합재료에 비하여 집중하중이나 분포하중 형태에 대하여 우수한 특성을 보였으며, 파괴 지수의 편차가 적어 예기치 않은 하중에 잘 견딜 것으로 사료된다.

• Composites Research
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• 제36권1호
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• pp.25-31
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• 2023

복합재료 구조는 필요한 기계적 성능을 충족하기 위해 서로 다른 적층 각도로 적층하여 설계되었다. 외부 하중을 받는 복합재료 구조물에 대한 발생하는 응력은 위치에 따라 다르지만, 최대 응력을 바탕으로 적층 순서를 결정하는데, 이는 효율적이지 않으며 일반적으로 최적의 설계가 아니다. 최근 이러한 비효율성을 해결하기 위해 구간 조합 복합재료(PIC)가 제안되었다. PIC는 인접한 조각들 사이의 완벽한 결합을 가정하지만, 이것은 매우 이상적이고 달성하기 어렵다. 따라서 경계에서의 중첩은 서로 분리되지 않도록 하기 위해 필수적이다. 본 연구에서는 중첩 설계가 PIC 플레이트의 충격 파손 모드에 미치는 영향을 조사하였다. 속경화 탄소섬유 프리프레그를 이용하여 서로 다른 겹침부 형상 및 절개선 간격을 가지는 시험편을 제작하였으며, ASTM D 7136에 따라 충격시험을 수행하였다. 복합재료 적층판의 충격 파손 형태는 겹침부 설계에 따라 서로 다른 양상을 가졌으며, 이로 인해 충격흡수에너지 및 충격하중곡선의 경향에도 영향을 주었음을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권10호
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• pp.959-965
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• 2017

최근 선진항공사에서는 항공기 복합재 구조의 변형률을 평가할 때 적층판 파손이론을 사용한다. 적층판 파손이론은 복합재 구조평가에 적층판의 파손변형률을 사용한다. 본 논문은 적층판 인장파손특성의 시험적 평가 절차를 보여준다. 시험적 평가는 회귀분석법(regression analysis method)을 사용하였다 회귀분석은 적층판의 파손변형률을 응답변수로 하고 적층판 내 $0^{\circ}$, ${\pm}45^{\circ}$층의 비율을 회귀변수로 하는 방법이다. 본 논문에 사용된 복합재료는 $177^{\circ}C(350^{\circ}F)$에서 경화되는 Carbon/Epoxy UD Tape 프리프레그이다. 시편은 $0^{\circ}$, $+45^{\circ}$, $-45^{\circ}$ 및 $90^{\circ}$층으로 적층된 14 종류의 노치없는 적층판으로 총 149개 시편으로 구성하였다. 시험방법은 ASTM-D-3039 규정을 사용하였다.

• Composites Research
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• 제18권3호
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• pp.7-13
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• 2005

본 논문에서는 하이브리드 복합재 철도차량차체에 적용되는 복합적층판에 대한 저속충격시험을 수행하였다. 이를 위해 2.4J, 2.7J 및 4.2J의 세 가지 충격에너지 조건에서 세 가지의 다른 적층구조를 갖는 적층판에 대한 저속충격시험을 수행하였다. 시험에 적용된 직조된 카본/에폭시 적층판의 크기는 $100mm\times100mm$ 이다. 충격시험 후 충격하중이력, 흡수된 에너지 및 손상면적 등이 각 충격에너지와 적층순서에 따라 고찰되었다. 손상면적은 육안검사와 C-scan을 이용하여 동시에 검사하였다. 시험결과 흡수된 에너지는 $[fill]_8$, 적층판이 가장 높았고 $[fill_2,/warp_2)_s$ 적층판이 가장 낮았다. 또한 손상면적은 $[fill]_8$, 적층판에서 가장 넓은데 이것은 상대적으로 흡수에너지가 높기 때문이다.