프리프레그 압축 성형(PCM, Prepreg Compression Molding) 공정을 최적화 하기 위해서 성형 해석을 통해 공정 시 나타날 문제를 사전에 예측할 필요가 있다. 해석 정확도를 높이기 위해서는 성형 물성을 구할 때 정확한 물성 측정이 필요하다. 그러나 대부분의 연구는 프리프레그의 압축 물성을 따로 구하지 않고 인장 물성과 동일하다고 가정하여 사용하고 있다. 따라서 본 연구에서는 성형 해석의 정확성을 높이기 위해 섬유의 면내 압축 물성 실험법을 제시했으며 측정 결과, 섬유의 압축 강성은 인장 강성에 비해 약 $10^{-2}$배 낮게 측정되었다. 실제 프리프레그의 성형성을 모사하기 위해 경사면($110^{\circ}$)을 갖는 정사각형 컵 금형을 설계 및 제작하였고 이를 이용한 프리프레그 고온 압축 성형성 평가를 수행하였다. 압축 물성 영향성 확인을 위해 금형 내 취약 지점으로 예상되는 각 코너 부근에서의 전단각을 측정하였으며 동일한 위치에서의 해석 결과와 실험 데이터를 비교하였다. 비교 결과 섬유의 압축 물성이 반영된 해석 결과에서 실험값과 유사한 패턴이 관찰되었으며 면내 압축 물성 반영이 성형 해석결과의 정확도를 향상시키는 것을 확인하였다.
압축기는 냉동 . 공조 사이클에서 냉매를 압축하여 순환시키는 기능을 한다. 냉동 . 공조 사이클 에서 압축기의 효율 COP는 압축기 모터 입력에 대한 증발기에서의 냉각 능력의 비로서 정의 된다. 따라서 압축기 자체의 특성도 중요하지만 냉매의 열역학적 물성도 중요한 역할을 한다. 압축기의 효율향상문제가 최근에 대두되게 된 것은 첫 째, 몬트리올 협정에 의해 CFC의 사용이 제한되면서 새로 검토하게 된 대체냉매들의 열물성이 CFC보다 불리한 점과 둘째, 에너지 소비를 줄이려는 인식이 환경 측면에서 확산되고 있기 때문이다. 이 글에서는 압축기 효율을 결정하는 주요요소에 대하여 알아보고 최근 국내외에서 이루어지고 있는 효율향상 성과에 대하여 소개하 기로 한다.
본 연구에서는 해수와 산성증류수가 암석 풍화에 미치는 영향을 파악하기 위하여 실내인공풍화가속실험을 수행하였다. 70℃의 해수와 산성증류수(pH 3)를 이용하여 총 45회의 동결-융해 실험을 통하여 5종의 유천층군 화산암에 대하여 화학적·물리적 풍화를 모사하였다. 실내인공풍화가속실험 15회와 45회에 각각 물리적 물성과 일축압축강도를 측정하여 풍화 진행에 따른 물성 변화를 추적한 결과, 물리적 물성의 열화는 대부분은 초기 15회 실험에서 발현되었으며, 산성증류수가 해수보다 물리적 물성 변화에 더 많은 영향을 미치는 것으로 파악되었다. 실내인공풍화가속실험에 따른 암종별 일축압축강도의 차이를 통계적으로 평가하기 위하여 분산분석법을 사용하였다. 45회 실험 이후의 대조군에 대한 실험군 시료의 일축압축강도의 감소율은 암종과 물리적 물성 변화 추이와 상관없이 유사하게 나타났지만, 물리적 물성 변화와는 달리, 산성증류수보다 해수가 일축압축강도 변화에 더 많은 영향을 미치는 것으로 파악되었다.
압축지수는 점토의 압축특성을 나타내는 대표적인 물성치로 압밀시험으로 직접 결정하거나, 점토의 기본 물성으로부터 경험적 방법으로 추정한다. 그러나 자연점토의 압축지수는 지반 물성치뿐 아니라 퇴적상태에 영향을 받으므로 경험적 추정방법은 지역적 한계를 지닌다. 본 연구에서는 재성형점토의 압축특성을 이용하여 지반 물성치로부터 자연 점토의 압축지수를 추정하는 새로운 방법을 제안하였다. 부산점토의 압밀시험 결과를 통해 제안방법의 적합성을 검증하였으며, 오차원인을 분석하였다. 분석결과 제안된 방법은 경험적 추정방법보다 압축지수를 정확하게 추정하였다. 제안방법의 오차는 가정사항에 의해 발생하며, 추정오차는 $e_{cross}/e_0$와 명확한 반비례 관계를 나타냈다.
본 연구에서는 유변물성측정기를 이용하여 HPMC 첨가량, 물 양, HPMC 분자량, 셀룰로오스 에테르 치환제 및 치환도가 쌀 반죽의 압축 및 집착 특성에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. HPMC 첨가량이 증가함에 띠라 접착강도는 꾸준히 증가하였으나, 압축강도는 2% HPMC 첨가량에서 최대 강도를 보였다. HPMC의 분자량이 증가하거나, 물 양이 감소할수록 쌀 반죽의 압축강도 및 접착강도가 증가하는 결과를 보였다. 이들 인자 외에도, 셀룰로오스 에테르의 치환제 및 치환도도 쌀 반죽의 압축강도 및 접착강도를 결정하는 중요한 인자임을 확인하였다.
본연구의 목적은DP가공에 의한 가교화를 통해 텐셀의 피브릴화를 조절할 때 DP가공 방법 및 NaOH전처리 효과를 물성, 표면형태, 역학적 성질 및 태의 변화의 관점에서 고찰하는데 있다. SEM 분석결과DP가공에 의해 피브릴 발생 정도는 감소하였다. DP가공 방법에 있어 서 WF법과 PDC법에 따른 물성의 차이는 나타나지 않았다. 역학적특성의 경우 DP가공은 DP가공 방법에 상관없이 효소처리한 직물의 인장선형성에는 큰 영 향을 주지 않았으나 인장에 너지, 굽힘 강성, 압축선형성, 압축 레질리언스, 기하학적 거칠기는 감소시켰고 인장 레질리언스, 굽힘이력, 압축에너지는 증가시켰다. 전단특성은 WF법에서는 증가한 반면, PDC법에서는 감소하여 DP가공 방법에 따른 차이를 나타내었다. WF법이 PDC법보다 더 높은 Koshi, Numeri, Fukurami 값을 보였으며, 종합태 값은 비슷하게 나타났다. NaOH 전처 리에 의해 수지부착량은 감소하였으나 감량률은 증가하였으며, DP성/물성은 더 낮게 나타났다. NaOH 전처리에 의해 인장선형성, 인장에너지, 압축 레질리언스, 전단 및 굽힘특성은 증가하였으나 인장레질리언스와 압축선형성, 압축에너지, 표면특성은 감소하였다. NaOH 전처리한 경우 Koshi는 증가하였고, Numrei와 Fukuramil는 감소하였으며, 종합태 값은 가장 낮았다. 처리한 시료들은 각각 다른 감성과 촉감을 나타냈다.
압축 벤토나이트 완충재는 원자력발전소에서 발생하는 고준위폐기물을 처리하기 위한 공학적방벽시스템의 가장 중요한 요소 중 하나이다. 압축 벤토나이트 완충재는 외부 하중이나 지하수 침투로부터 처분 용기를 보호하기에, 열-수리-역학적인 요구 조건을 충족하여야 한다. 이러한 완충재의 열-수리 물성에 관한 연구는 많이 진행되어 왔지만, 역학 물성 규명에 관한 연구는 많이 부족한 실정이다. 이러한 이유로, 본 연구에서는 건조밀도와 함수비에 따른 다양한 국내 압축 벤토나이트 시료를 조성하여 이에 대한 일축압축강도시험을 실시하였으며, 일축압축강도, 탄성계수, 그리고 포아송비를 도출하였다. 압축 벤토나이트의 일축압축강도와 탄성계수는 건조밀도에 따라 증가하였으며, 포아송비는 건조밀도가 증가할수록 약간 감소하는 것으로 나타났다. 일축압축강도, 탄성계수 및 포아송비는 건조밀도와 큰 상관 관계를 보였으나, 함수비와는 특별한 상관성을 나타내지는 않았다.
본 연구에서는 직조섬유복합재료를 이용한 계란판 모양의 시편에 대한 드래이핑 공정과 압축 해석을 비직교성 재료 모델을 이용하여 수행하였다. 비 직교 재료 구성 모델은 Xue 등이 2003년에 발표한 것을 상용 프로그램인 LS-DYNA에서 제공하는 사용자 부프로그램 (user subroutine)을 이용하여 본 연구에 적용하였다. 비 직교 재료 구성 모델에서 빙향성은 변형 기울기 텐서를 이용하여 계산하였고, 각 단계마다 재료 물성 행렬을 갱신하였다. 비 직교 물성 모델은 바이어스 인장 실험 결과와 비교 검증을 한 후에 계란 판 성형에 적용하였다. 계란 판 해석을 위해 본 연구에서는 열 성형 공정 (드래이핑)과 압축 해석을 수행하였다. 압축 해석을 위한 유한요소 모델은 드래이핑 해석으로부터 얻은 유한요소결과를 이용하여 구축하였다.
본 연구에서는 공항 포장용 유지보수 재료로 사용되는 폴리머 콘크리트의 자외선 노출에 대한 기계적 물성 변화를 확인하기 위해 자외선 노출 전/후 시편의 압축강도 및 연성인자의 변화를 평가하였다. 현재 공항 포장용으로 사용되는 폴리머 콘크리트의 비율과 선행연구를 통해 얻은 최적 배합비율을 참고하여 시편을 제작하였다. 자외선 발생 램프의 출력을 고려하여 자연상태에서 노출되는 등가시간을 계산한 후 최대 3년에 해당하는 시간만큼의 등가시간 동안 시편을 노출시켰다. 실험결과, 자외선 노출 자체는 재료물성에 거의 영향을 주지 않았으며, 자외선 노출에 따른 온도상승에 의한 재료물성 변화가 주로 관찰되었다. 자외선에 의해 발생된 열에 노출된 후 모든 시편에서 인성은 감소하고, 압축강도는 증가하는 경향을 나타내었다.
고 변형률 속도에 대한 소재의 동적 압축 물성은 고속 충돌 및 고속 성형 등 동적 환경에서의 유한요소 해석의 신뢰성 향상을 위해 필수적이다. 일반적으로 고 변형률 속도에 대한 소재의 동적 압축 물성은 SHPB(Split Hopkinson Pressure Bar) 장비를 통해 획득 가능하다. 본 연구에서는 최근 무인 항공기에 확대 적용되고 있는 Woven type CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) 소재에 대한 충돌 해석에 대응하기 위해 SHPB 장비를 활용하여 해당 소재의 동적 압축 물성을 획득하였다. 또한 Pulse shaper를 활용하여, Elastic-brittle 특성을 지니는 소재에 대한 일정한 변형률 속도 확보 및 실험 데이터에 대한 신뢰도를 향상시켰다. CFRP 소재의 경우 방향 별 기계적 물성이 다른 이방성 소재이므로 두께 방향과 면내 방향 시편을 제작하여 각각 실험을 수행하였다. SHPB 실험 결과 면내 방향 시편의 경우 일정한 변형률 속도 영역에 도달하기 전, 시편의 파단이 발생하여 데이터의 재현성 및 신뢰성 확보에 어려움이 있는 반면, 두께 방향의 시편의 경우 시편 전·후면 응력일치도가 우수하여 데이터 신뢰도가 높으며, 일정한 변형률 속도 영역을 획득할 수 있다. LS-dyna를 활용한 유한요소해석을 통해, 압력봉으로부터 측정되는 데이터는 시편과 압력봉의 변형에 의해 변형률이 과도하게 예측되는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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