• 대한기계학회논문집A
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• 제40권12호
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• pp.1013-1019
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• 2016

CFRP는 탄소섬유를 기반으로 수지를 합침하여 제조된 복합소재로, 높은 비 강도와 경량성을 지녀 다양한 분야들에서 널리 사용되어지고 있다. 특히 일방향 탄소섬유는 적층 각도를 적용할 수 있으며 이때 적용된 적층 각도로 구성된 CFRP는 적층 각도가 없는 것보다 더 높은 강성을 가지고 있다. 본 논문에서는 적층 각도 변화에 따른 CFRP 소형 인장시험편의 크랙 전파와 파괴거동에 관한 것으로, 각 적층 각도에 따른 크랙 성장의 특성을 고찰한다. 적층 각도가 증가함에 따라 최대 응력 값이 작게 나타나고 크랙 전파가 더디게 나타나지만, 적층 각도 $60^{\circ}$를 기점으로 그 응력이 다시 증가되므로 서, 적층 각도에 따른 한계를 보이고 있다. 본 연구결과는 기계구조물의 CFRP사용에 있어 구조물내의 결함이 발생하였을 때의 피로파괴 가능성을 검증하는 자료로 사용될 수 있다고 사료된다.

• 한국융합학회논문지
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• 제8권7호
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• pp.219-224
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• 2017

본 논문은 탄소섬유로 구성된 아치형태의 시험편에 인장각도가 작용할 때 내부의 섬유구조에서 발생되는 등가응력과 변형량에 관한 것이다. CFRP는 무수히 많은 각 섬유가 하나의 축으로 작용하며 이를 통해 금속과 비교할 때 높은 비강도와 비강성을 가질 수 있다. 본 연구에서 사전연구에 의해 최적 적층각도는 $60^{\circ}$로 구성된 아치형 구조에서 반경에 따른 응력분포를 결과를 검토하며 같은 적층각도에서 그 반경이 증가할수록 내구성이 낮아짐을 알 수 있다. 이를 통해 본 연구 결과를 적층 각도에 따른 아치형 구조의 설계에 적용함으로써, 파손방지와 내구성 향상을 위한 안전설계에 기여할 수 있으며, 패드 형상의 디자인적인 요소를 융합기술에 접목하여 그 미적인 감각을 나타낼 수 있다.

• 예술인문사회 융합 멀티미디어 논문지
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• 제7권11호
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• pp.925-932
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• 2017

본 연구에서는 복합재료들 중 단방향성 탄소섬유강화플라스틱(UD CFRP)에서의 적층각도에 따른 비틀림을 받는 판의 해석을 수행하였다. UD CFRP의 경우에는 적층각도에 따른 물성치가 달라진다. 그리고 연구 모델들에서 탄소 섬유의 적층각도는 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90° 로 지정하였다. 중앙부에는 리벳이나 볼트가 사용될 것으로 가정하여 노치홀을 적용하였다. ISO 15310에서의 실험 방식을 적용하여 해석 방법을 사용했다. 하부에서 2개의 지그를 고정하고 상부에서 2개의 지그를 하강한다. 본 연구에서의 해석 결과값을 보았을 때, 적층각도가 45°일 경우가 파단 부위에 나타나는 전단응력이 254.74MPa로 가장 작은 값으로 나타남을 보였다. 따라서 비틀림이 작용할 때, 45°의 적층각도의 경우가 다른 적층각도에 비하여 더 높은 구조안전성과 내구성을 가졌음을 알 수 있었다. 이러한 결과는 CFRP 판에 비틀림이 작용할 때 그 내구성에 기여할 수 있는 기반 데이터로 적용될 수 있다고 사료된다.

• 한국융합학회논문지
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• 제10권1호
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• pp.155-161
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• 2019

복합소재는 기존의 일반적인 소재보다 내구성과 기계적 성질들이 뛰어난 경량 소재이다. 본 연구에서는 경량 복합소재에 주목하여, 접착제를 이용하여 접착한 CFRP 접착구조물의 정적 파괴 특성을 조사하고자 했고 적층 각도를 변수로 한 CFRP 이중외팔보 시험편을 설계하여 정적 파괴 해석을 수행하였다. 본 연구를 위하여 설계된 CFRP 이중외팔보 시험편들의 적층각도들은 각각 $30^{\circ}$와 $45^{\circ}$, $60^{\circ}$이며, 연구 결과로서는 적층 각도 $45^{\circ}$인 시험편이 가장 $30^{\circ}$, $60^{\circ}$의 적층 각도를 가진 시험편들보다 더 좋은 내구성을 보였으며, $30^{\circ}$의 적층 각도를 가진 시험편이 모든 시험편 중에서 내구성이 가장 취약한 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 본 연구 결과를 통하여 적층 각도 별 CFRP 접착구조물의 파손데이터를 확보할 수 있었으며, 본 연구결과를 토대로 얻은 접착 계면의 파손데이터를 활용함으로서 실생활에서의 기계나 구조물에 융합하여 그 미적 감각을 나타낼 수 있다.

• Composites Research
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• 제36권1호
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• pp.48-52
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• 2023

섬유 강화 복합재료는 방향성을 가지고 있기 때문에 적층 순서에 따라서 구조물의 기계적인 특성은 매우 달라질 수 있다. 따라서, 상황과 용도에 따른 복합재료 구조물의 적층 설계는 필수적이다. 그러나 제작된 복합재료 구조물의 적층 각도는 제작 환경이나 구조물 형상에 따라 설계 값과 편차를 가지는 경우가 많으며, 이는 구조적 성능에 영향을 끼칠 수 있다. 따라서 구조물의 신뢰성 확보를 위해서는 적층 설계 뿐만 아니라 제작된 복합재료의 적층각에 대한 분석 또한 매우 중요하다. 본 연구에서는 합성곱 신경망(Convolutional neural network; CNN) 기반의 딥러닝(Deep learning)을 이용하여 섬유 강화 복합재료의 실제 단면 이미지로부터 적층 각도를 예측하였다. 여러 적층 각도를 가지는 탄소 섬유 강화 복합재료 시편을 제작하고, 광학 현미경을 이용하여 Micro-scale로 실제 단면을 촬영하였다. 다양한 적층 각도에 따른 복합재료 시편의 단면 이미지 데이터를 이용하여 합성곱 신경망 기반의 딥러닝 모델에 대하여 학습을 수행하였다. 그 결과 높은 정확도로 실제 섬유 강화 복합재료 단면 이미지로부터 적층 각도를 예측할 수 있었다.

• 한국융합학회논문지
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• 제8권3호
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• pp.185-190
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• 2017

본 논문은 탄소섬유로 구성된 평판형태의 시험편에 굽힘 모멘트가 작용할 때 내부의 섬유구조에서 발생되는 굽힘 응력과 전단응력, 변형에너지에 관한 것이다. CFRP는 무수히 많은 섬유가 다축구조를 형성하고 있어 굽힘조건에서 응력을 효과적으로 분산할 수 있다. 이때 적층각도에 따라 다양한 물성을 보이게 되는데, 섬유의 수평방향인 Stacking angle $0^{\circ}$에서부터 수직방향인 $90^{\circ}$에 이르기까지의 결과에 있어, Stacking angle이 증가함에 따라 등가 응력과 전단응력이 점차 줄어들며 $60^{\circ}$를 기점으로 다시 증가함을 보이고 있다. 본 연구결과를 토대로,적층각도에 따른 평판에서의 굽힘으로 인한 파손특성을 해석적 접근을 통해 고찰하였으며, 본연구는 파손방지와 내구성 향상을 위한 안전설계에 기여할 수 있다고 사료된다. 또한 평판 형상으로서의 디자인적 요소를 융합기술에 접목함으로서 그 미적인 감각을 나타낼 수 있다.

• 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.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 1992년도 추계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.139-142
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• 1992

• 한국융합학회논문지
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• 제9권12호
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• pp.175-180
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• 2018

본 연구에서는 CFRP를 적층각도 45도로 제작하고 구조용 접착제로 접착된 TDCB(Tapered Double Cantilever Beam) 시험편을 CATIA로 설계를 하였고, 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 이용하여 해석을 진행하였다. 연구 모델은 영국 산업 및 ISO 표준에 기초하여 설계하였으며, 모델 형상의 각도에 따라서 형상계수(m)를 변수로 설정하였다. 본 논문의 연구 결과로서, 모든 해석 시험편들 중에서 $4^{\circ}$ 인 경사 각도를 가진 시험편에서 최대 변형량은 12.628mm로 가장 높았으며 $8^{\circ}$에서 12.352mm으로 가장 낮은 값을 각각 보였다. 또한, 최대등가응력은 그 각도가 $6^{\circ}$에서 9210.3MPa가장 높았으며 $8^{\circ}$에서 4800.5MPa로 가장 낮은 값을 각각 보였다. 본 연구 결과를 통하여 CFRP로 제작된 적층각도를 가진 TDCB 구조물의 파손데이터를 확보할 수 있었으며, 본 연구결과를 토대로 얻은 CFRP로 접착된 TDCB 구조물의 파손데이터를 활용함으로서 실생활에서의 기계나 구조물에 융합하여 그 미적 감각을 나타낼 수 있다.

• 콘크리트학회지
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• 제5권3호
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• pp.187-194
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• 1993

본 논문에서는 유리섬유의 적층수, 유리섬유의 배향각도에 대한 유리섬유 강화 플라스틱(Glass Fiber Reinforced Plastics ; GFRP)의 인장거동 변화를 고찰하고, 이들의 상관관계를 규명하기 위하여 일련의 GFRP 시험체에 대하여 인장실험을 수행하였다. 시험체는 폭12.5mm, 길이 60mm크기로 일정하게 제작하였으며, 시험체에 대하여 인장실험을 수행하였다. 시험체 제작시 유리섬유로 적층수는 14, 22, 30층, 유리섬유의 배향각도는 0$^{\circ}$, 30$^{\circ}$, 45$^{\circ}$로 하였다. 인장실험시 각 시험체의 파괴양상, 극한하중 및 하중변화에 대한 인장변형율을 조사하였고, 이들 결과를 토대로 유리섬유의 적층수와 배향각도에 따른 GFRP의 극한하중, 응력-변형율 선도 및 탄성계수 등을 비교 분석하였다. 한편 본 논문에서는 유리섬유의 적층수, 직경 변화에 따른 GFRP관의 파괴거동을 고찰하기 위하여 4점 재하법에 의한 GFRP관의 휨파괴실험을 수행하였다. 실험에 사용된 시험체는 길이 1200mm로 하였으며, 유리섬유의 적층수를 30, 35, 40층, 관의 직경을 50, 100, 150mm로 하였다. 파괴실험시 각 시험체의 하중변화에 대한 휨 변형율, 중앙점 처짐량 및 항복하중을 측정하였고, 이들 결과를 토대로 유리섬유으 적층수와 관의 직경에 따라 GFRP관의 항복하중 및 파괴에너지를 비교 분석 하였으며, 항복시 파괴에너지를 추정할 수 있는 제안식을 유도하였다.