• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.95-101
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• 2020

풍력터빈 블레이드는 바람의 운동에너지를 축일로 변환하는 장치로서 상대적으로 고속 회전하면서 양력과 항력의 다양한 하중 조합과 진동에 견딜 수 있도록 내구 강도가 큰 경량의 재료를 선택하여 강성을 증가시키는 구조를 갖도록 설계되어야 한다. 본 연구는 CFRP 프리프레그를 사용하여 소형 풍력 블레이드를 제작하는 경우 공정 시간을 단축하는 기술을 개발하려는 목적으로 수행되었다. QBlade 수치해석 프로그램을 사용하여 블레이드의 형상을 결정하였다. 주어진 풍속에서 바람에 의해 부가되는 양력과 항력을 계산하는 유체역학 수치해석을 수행하고, 대표적인 블레이드 구조에 대해 블레이드 외피 재료에 가해지는 폰미세스 응력을 예측하는 재료역학 수치해석을 수행하였다. 인장 강도 시험의 불확실도를 개선하기 위해 ASTM D638 규정을 수정하여 새로운 시편의 형상을 제안하였고, 기존 형상의 인장 강도와 유사한 평균값을 얻되 파단 위치의 재현성이 향상됨을 확인하였다. 일련의 실험을 통해 소형 풍력블레이드의 제작에 블래더 가압 방식을 적용하면 충분한 내구 강도를 확보하면서 공정시간을 단축할 수 있음을 확인하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제21권3호
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• pp.288-298
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• 2001

복합재료는 우수한 재료특성을 가지고 있어 기존의 금속 재료를 대신하여 많은 분야에서 사용되고 있다. 최근 들어서 큰 하중을 받는 구조재로 사용이 확대되면서 많은 수의 복합재료 단일층을 두껍게 적층한 두꺼운 복합재료의 사용이 늘어나고 있다. 복합재료를 두껍게 적층하는 경우 성형과정 중에 보강섬유 굴곡이 발생하기 쉬운데 두꺼운 복합재료 내에 발생한 보강섬유의 굴곡은 강성 및 강도를 감소시켜 구조물의 안정성을 저하시킨다. 따라서 두꺼운 복합재료로 만들어진 구조물에 내재된 보강섬유 굴곡의 유무나 정도를 알아내는 것은 구조물의 안전성 확보를 위해 매우 중요하다. 본 연구에서는 초음파를 이용한 비파괴 평가를 위해 굴곡진 보강섬유를 가진 복합재료 내에서 초음파 전파 특성에 대한 연구를 수행하였다. 여러 가지 일정한 굴곡비의 보강섬유 굴곡을 가지는 두꺼운 복합재료에 대해서, 평면파(plane wave) 이론과 파선 추적(ray tracing) 이론을 이용한 수치 해석 방법으로 초음파 전파에서 보강섬유의 굴곡의 영향을 예측하고, 보강섬유 굴곡 정도에 따른 초음파 전파 특성의 변화를 예측하였다. 이론적 해석을 검증하기 위해서 여러 가지 일정한 보강섬유의 굴곡비를 가지는 복합재료 시편을 제작하여, 초음파 투과법(through-transmission) 시험을 수행하였다. 이를 통해 일정한 보강섬유의 굴곡을 가지는 복합재료 내의 초음파 전파 특성과, 보강섬유의 굴곡 정도에 따른 초음파 전파 특성의 변화를 이론적으로 얻어진 결과와 비교하여 두꺼운 복합재료 내에 존재하는 보강섬유의 굴곡이 초음파 전파에 미치는 영향을 알 수 있었다.