• Composites Research
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• 제30권6호
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• pp.410-415
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• 2017

본 연구에서는 탄소섬유강화 복합재의 제작 시 열 잔류응력으로 인한 변형을 유한요소 프로그램 ABAQUS에서 User Subroutine을 이용한 유한요소 해석을 통해 예측한다. 탄소섬유강화 복합재의 변형에 영향을 주는 다양한 요인 중 온도구배, 제품 형상, 적층각 및 적층순서, 수지의 화학수축, 열 잔류응력을 고려한 복합재 성형을 해석하였다. 같은 형상의 실제 모델과 해석 모델의 결과를 비교한다. 또한 해석 결과를 분석하여 실제 제작의 오차에 적용하여 실제 제작에서의 성형 완성도를 높이는데 목적이 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권5호
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• pp.381-387
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• 2017

섬유강화 복합재료는 열팽창 계수의 방향성을 갖고 있을 뿐만 아니라 제작과정 온도와 실제 사용온도 사이의 차이 때문에 필연적으로 열응력 효과를 받게 된다. 이러한 열응력에 의한 파손현상은 실제 항공우주산업에서의 응용이 증대되고 있는 두꺼운 복합 적층판의 경우에 더욱 현저한 현상으로 적층판의 역학적 기능 및 파단강도에 큰 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 복잡한 재질로 구성되고 높은 세장비를 가진 블레이드 날개 구조의 차원축소 및 열 응력 복원 이론을 소개하고 3차원 유한요소모델과 비교결과를 통해 효율성과 정확성을 입증한다. 또한 차원을 축소한 모델링을 구성하고 복원이론를 이용하여 열적 환경에 적용된 복합재 보 단면의 열응력을 차원 복원하고 시각적으로 형상화하는 효율적인 복원해석 과정을 소개하고자 한다.

• Composites Research
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• 제18권6호
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• pp.9-18
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• 2005

복합재료가 항공기 구조물 및 기계부품 등에 폭 넓게 적용됨에 따라, 복합재료 구조물에서 가장 취약한 복합재료 체결부의 설계는 매우 중요한 연구 분야로 대두되고 있다. 본 논문에서는 기계적으로 체결이 된 단일 및 다중 핀 하중을 받는 복합재료 평판에서 응력분포에 대한 해석적인 연구를 수행하였다. 또한, 기계적체결부인 핀과 구멍간에서 접촉 문제를 다루기 위하여 접촉응력해석을 이용한 유한요소 모델이 사용되었으며, 응력분포를 정량적으로 비교하기 위하여 무차원화한 응력집중계수를 이용하였다. 단일 핀 하중을 받는 경우에 대하여 적층순서, 원공의 지름에 대한 평판 폭의 비 (W/D ratio), 원공의 지름에 대한 끝단에서 원공까지의 길이의 비 (En ratio), 마찰계수, 와셔의 조임력 등에 대한 영향을 알아보았으며, 다중 핀 하중을 받는 경우에 응력집중계수를 이용하여 핀의 개수, 피치, 열의 개수, 열 간격 및 원공의 배치형상의 영향에 대하여 알아보았다. 단일 핀 하중을 받는 경우에 대한 결과로부터, DBLT (Double-Bias-Longitudinal Transverse) 복합재료 평판에서 응력이 가장 민감하게 나타나는 것을 알 수 있었고, 원공의 지름에 대한 평판 폭의 비와끝단에서 원공까지의 길이의 비에 따른 응력의 변화가 민감하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 다중핀 하중을 받는 경우에 대한 응력해석의 결과로부터, 원공이 2열로 배치된 복합재료 평판에서 응력집중현상이 가장 적게 일어나는 것을 확인하였다. 이러한 해석을 통하여, 체결부에서 나타나는 응력분포로부터 복합재료 평판에서의 파손형태를 예측할 수 있다.

• 전산구조공학
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• 제9권4호
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• pp.181-187
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• 1996

이 논문에서는, 탄성 섬유와 점탄성 기지로 구성된 2차원의 단일방향 복합재료가 높은 제작온도로 부터 실온으로 냉각될때 섬유와 기지사이의 계면에서 발생하는 특이 열응력을 조사하고 있다. 계면을 따라 발생하는 잔류 열응력의 특성을 조사하는데 시간영역 경계요소법을 적용하였다. 수치해석 결과에 의하면, 계면응력들은 자유경계면 근처에 이르러 급속히 커지는데, 이러한 특이 잔류응력들은 자유경계면 가까이에서 국부 항복을 일으키거나 섬유와 기지의 결합분리를 야기시킬수 있다.

• 대한조선학회지
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• 제11권1호
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• pp.35-44
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• 1974

열박음(shrink fitting)으로 인(因)한 동심형(同心形) 구멍을 가진 복합(複合)실린더의 과도적(過渡的) 온도분포(溫度分布), 열응력(熱應力) 및 열변형도(熱變形度)를 이론해석(理論解析)하였다. 온도분포해석(溫度分布解析)에서 외부(外部) 실린더는 균일온도(均一溫度)로 가열(加熱)되어, 실온(室溫)의 내부(內部) 실린더와 접촉면(接觸面)에서 일어나는 열전도(熱傳導)에 의(依)하여 냉각(冷却)되고, 외부(外部) 표면(表面)은 대기중(大氣中)에 노출(露出)된 상태(狀態)로 취급(取扱)하였다. 열응력(熱應力)은 평면변형도조건(平面變形度條件)을 만족(滿足)하는 것으로 생각하였으며, 물성(物性)은 온도(溫度)에 무관(無關)한 상수(常數)로 취급(取扱)하였다. 온도분포(溫度分布)는 열전도문제(熱傳導問題)만을 고려(考慮)함으로서도 유효(有效)한 해(解)를 얻을 수 있으며 열응력(熱應力)은 접촉면(接觸面)에서부터 형성(形成)되며, 반경방향응력(半徑方向應力)은 시간(時間)이 경과(經過)함에 따라 압축응력(壓縮應力)이 증가(增加)하여 접촉면(接觸面)에서 최대치(最大値)를 갖고, 원주방향응력(圓周方向應力)은 접촉면(接觸面)에서 초기(初期)부터 거의 최종상태(最終狀態)와 같은 크기를 갖음을 알 수 있다. 균일온도분포(均一溫度分布)가 이루어지면 열응력(熱應力)의 형성(形成)은 완료(完了)되게 되며, 이때의 열응력(熱應力)의 크기와 분포경향(分布傾向)은 평면응력조건(平面應力條件)을 사용(使用)하였다는 사실(事實)을 고려(考慮)하면 $Lam\acute{e}$의 이론해(理論解)와 일치(一致)함을 알 수 있었다.

• Composites Research
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• 제27권4호
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• pp.174-181
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• 2014

본 연구에서는 탄소섬유 강화 복합재의 점탄성 성질을 적용한 유한요소 해석에 대해서 기술하였다. 고온의 성형과정에서 발생하는 가장 중요한 문제 중 하나는 잔류응력의 발생이다. 잔류응력으로 인해 성형이 끝난 후 뒤틀림, 균열이 일어 날 수 있으며 이는 완성품에 심각한 결함을 가져올 수 있다. 잔류응력의 주요 원인은 점탄성이며 고온의 성형과정에서 열팽창계수의 차이와 수지의 시간 및 온도에 대한 물성의 변화로 인해 발생하는 탄소섬유 강화 복합재의 특징이다. 화학 수축도 잔류응력에 많은 영향을 주며 이를 고려한 뒤틀림 예측에서 오차를 줄일 수 있는 중요한 요소이다. 본 연구는 복합재 성형에 사용된 온도변화에 대한 경화도와 점탄성 효과, 화학수축을 유한요소 해석으로 수행하기 위한 기법을 연구하고, 점탄성의 영향성을 연구하였다. 기존에 연구되어 있는 논문을 참고하여 서브루틴의 타당성을 검증한 후 나아가 복합재의 적층각의 변화에 따른 응력과 변형을 해석해 봄으로써 실제 복합재의 성형 시 발생하는 휨 현상에 대한 예측방법을 제시하였다.

• Composites Research
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• 제15권1호
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• pp.41-52
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• 2002

이 논문에서는 탄소/탄소 브레이크 제동중 시스템의 거동을 열탄성 해석을 수행하여 살펴보았고. 파손에 안정적인 디스크의 형상을 찾기 위하여 다양한 형상에 대한 3차원 응력해석을 수행하였다. 탄소/탄소 복합재료의 기계적 물성치가 적층면방향과 두께방향으로 측정되었다. 측정긴 기계적 물성치는 열탄성 해석과 3차원 응력해석을 위한 입력으로 사용 되었다. 로터 클립과 클립 리테이너 사이의 간격은 회전판의 하중전달 미케니즘에 있어서 중요만 인자이다. 간격변화는 기계적 변형과 열 변형으로 분리하여 고려하였다. 클립과 리테이터는 서로 접촉이 발생하지 않았으므로 해석 모델에서 리테이너와 리벳은 제외되었다. 로터 디스크는 반복대칭조건을 사용하여 모델링되었고, 로터 디스크와 로터 클립, 로터 클립과 키 드럼사이의 2중 접촉문제가 고려되었다. 3차인 응력해석의 결과로부터 브레이크 디스크의 키 홀 부분에 응력집중현상이 발생하는 것을 확인하였다. 응력분포는 키 홀 부분에서 접촉면의 회전각과 곡률반경의 변화에 따라 연구 되었다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.579-582
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• 2011

본 논문에서는 9 % Ni강 LNG 저장탱크 조사를 통해서 유한요소해석을 수행하여 구조건전성을 평가하였으며 실용에서 활용할 수 있는 자료를 제시하였다. 과거의 LNG 저장탱크의 설계는 2차원 선에서만 유한요소해석이 수행되었으나 보다 진보된 하드웨어와 소프트웨어의 발전으로 3차원 유한요소해석이 가능케 되었다. 본 연구에서는 9 % Ni 강 LNG 저장탱크 내조의 정적 구조 해석이 상용 유한 요소 해석 프로그램인 ABAQUS를 통해 수행되었다. LNG 저장 탱크 내조 시공 시 용접부 형상을 참고하여 용접부 모델을 고려한 해석을 각각 수행하였다. 용접부의 탄성계수의 변화를 통하여 최대응력과 최대변위를 계산하였다. 실제 LNG tank의 운용 시 발생하는 하중은 자중과, 수두 압과, 온도차에 의한 열응력이며 이들이 복합적으로 작용하였을 시, 용접선을 고려하지 않은 모델에 대해서는 최대응력이 207 MPa이며, 동일 조건에서 용접선을 포함한 모델에 대해 해석을 수행한 결과로서 최대응력이 그보다 약 100 MPa 정도 상승한 결과가 나타났다. 하중조건에서 온도차에 의한 열응력을 고려함과 고려하지 않음을 비교함으로서 실제 열응력에 대해서는 내조에 큰 영향을 미치지 않음을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제33권4호
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• pp.220-227
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• 2020

탄소 섬유 강화 복합재료 성형 시 섬유는 열변형이 거의 없는 반면에 수지는 시간 및 온도변화에 따라 물성이 변화하며 제품에 잔류응력이 발생한다. 잔류응력의 원인은 경화 과정에서의 섬유와 수지의 열팽창 계수 차이, 수지의 화학 수축이며 이로 인해 스프링 인, 뒤틀림 등의 열 변형이 발생한다. 열 변형은 제품의 품질을 결정하는 주요한 요인으로 복합재료 공정에 있어 반드시 고려되어야 한다. 본 연구는 잔류응력에 의한 열 변형을 예측하기 위해 3-D 점탄성 모델을 적용하여 서브루틴을 제작하고 기존의 2-D 점탄성 모델의 평판 유한 요소 해석결과와 비교해 유한 요소 해석 기법을 검증하였다. 검증된 기법으로 L-형상 구조를 해석하여 스프링 인 현상을 예측, 분석하였다.

• Composites Research
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• 제13권6호
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• pp.23-29
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• 2000

층상구조재료가 갖는 약점으로는 구성재료층 간의 열.기계적 특성 차이로 인하여 내부응력이 발생되고 비틀림 변형이 유발되어 형상 제어가 매우 어려울 뿐만 아니라, 반복적인 열 하중으로 인해 열이력을 받을 경우 접합부에서의 파손이 생길 수 있다는 것이다. 최근 층상구조에서 조직 혹은 조성이 점차적으로 변하는 계면을 삽입한 경사조성재료는 열.기계적 변형특성 차이에 의한 재료의 손상을 최소화시킬 수 있으나, 용도에 적합한 구조설계를 위해서 열.기계적 해석이 필요하다. 본 연구에서는 전자패키징용 $Al-SiC_p$ 경사조성 복합재료의 기하학적 구조와 온도변화에 따른 곡면화 변형 및 내부응력분포를 해석하고자 하였다. 한편 층상구조 $Al-SiC_p$ 경사조성 복합재료의 열변형량을 측정하고 내부응력분포를 실험적으로 구하여, 이론적으로 계산한 결과와 비교하였다. 본 연구의 해석결과는 경사조성 층상구조재료의 최적구조 설계에 유용하게 적용할 수 있다.