• Composites Research
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• 제32권5호
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• pp.199-205
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• 2019

복합재는 원하는 방향으로 섬유를 배열하여 일체형으로 제조할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 복합재는 제작과정에서 층(ply)과 층 사이에 있는 미세 공기, 소재 내부의 수분 또는 경화 중의 부적절한 온도와 압력 등으로 인하여 미세기공이 형성될 수 있으며, 이는 복합재 부품의 기계적 강도저하의 주요 원인으로 평가되고 있다. 본 논문에서는 오토클레이브 진공백 성형법을 이용하여 복합재 두께 별로 공정 조건(경화압력, 압밀시간, 압밀압력, 진공압력)을 변화시켜가며 복합재 패널을 제작하여 미세기공률을 분석하였다. 미세기공률은 이미지 분석법, 용해법, 연소법을 이용하여 평가하였으며, 초음파 감쇠계수와의 연관성을 분석하였다. 실험결과, 미세기공률 분석의 정확도는 용해법이 가장 우수한 것으로 나타났으며, 경화압력이 낮아질수록 미세기공률이 증가하고 높은 초음파 감쇠계수 값을 가짐을 확인하였다. 또한, 동일한 경화압력이라도 적층두께가 증가할수록 초음파 감쇠계수가 증가하고 기공률이 증가됨을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권1호
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• pp.461-467
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• 2021

열경화성 소재를 이용하여 열경화방식의 웨이퍼 레벨 렌즈를 성형할 때 발생될 수 있는 불량요인 중 이형과정에서 성형 렌즈의 금형 고착문제는 웨이퍼 레벨에서 성형된 기판의 파손 및 기판의 변형으로 성형된 웨이퍼 기판의 적층시 웨이퍼 양면의 렌즈 형상 및 센터 정렬 오차에 영향을 미친다. 본 연구에서는 웨이퍼 레벨 렌즈 성형 공정에서 이형력에 영향을 미치는 인자를 검토하기 위한 실험을 수행하였다. 먼저 상·하 금형의 코팅 재질에 따른 이형력을 검토하기 위하여 금형 표면을 ITO 및 Ti로 표면처리 후 O2분위기에서 플라즈마 처리하였고, 또한 DLC 코팅도 진행하였으며 경화 및 이형성을 검토하였다. 그 결과를 바탕으로 pull-off 실험을 위한 코팅방법을 선정하였다. 또한 경화공정조건에 따른 이형력을 측정하기 위하여 압력을 유지하면서 경화시키는 방법과 일정한 간격을 유지하면서 경화시키는 방법을 실험적으로 적용하였다. 그 결과 Ti 코팅 후 O2 플라즈마 표면처리 방법이 이형력을 감소시키고 위치를 제어하면서 경화시킬 경우 경화수축에 의해 경화 중 계면의 접착에너지를 감소시켜 보다 나은 이형이 될 수 있음을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제34권4호
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• pp.233-240
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• 2021

VaRI(Vacuum assisted Resin Infusion) 공정은 공정비용이 저렴하며, 크기가 큰 복합재 제작에 적합한 OoA(Out of Autoclave) 공정이다. VaRI 공정에서는 원할한 수지 주입을 위해 섬유 상단에 유로망을 적층한다. 수지는 이 유로망을 따라 섬유의 면 방향으로 빠르게 공급되고, 공급된 수지는 다시 섬유의 두께방향으로 함침된다. 면방향의 유동과 두께방향의 유동이 동시에 일어나기 때문에 수지의 유동을 예측하기 힘들며, 수지 주입과정을 예측하기 위해 3D 수치해석 프로그램이 사용되고 있다. 하지만, 3D로 해석하기 위해서 섬유와 유로망의 두께방향에 많은 Element가 필요하고, 이로 인해 제품의 크기가 클수록 해석시간이 오래 걸린다. 따라서 본 연구에서는 3D 유동해석을 2D 해석으로 간소화하여 유동해석에 소요되는 시간을 줄이는 방법을 제시하였다. 3D 유동해석과 간소화된 2D 유동해석을 동일조건에서 비교하여 효용성을 검증하였고, 충진시간 오차율은 약 7%, 유동해석시간 감소율은 약 95%로 나타났다. 또한 3D 해석에서 섬유 상, 중, 하단 간의 유동 전진 거리의 차이가 일정하다는 것을 활용하여 간소화된 2D 유동해석에서도 상, 중, 하단의 유동 전진 거리를 예측할 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권1호
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• pp.15-22
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• 2022

본 논문에서는 유한요소해석을 통한 모듈러 구조물 접합부의 힌지접합부 연구에 관하여 소개한다. 모듈러 구조물은 모듈과 모듈을 적층하는 방식으로 공사를 진행하여 단위 모듈간의 기둥 및 보의 일체성을 기대하기 어려운 특성을 가지고 있다. 그러나 현 모듈러 설계 시 이러한 구조적 특성을 무시하고 횡력에 대한 모멘트전달을 고려하여 기존 강구조와 동일한 방식으로 해석하고 있다. 더구나 모멘트접합을 체결하기위해 모듈러 외부뿐만 아니라 내부에서 볼트 체결이 이루어져 조립 후 마감을 추가하는 불합리한 상황도 발생한다. 이러한 일체성을 기대하기 어려운 특성을 고려하기 위하여 힌지접합을 활용한 모듈러구조시스템을 제안하였다. 논문에서는 기존의 모멘트접합부에서 힌지접합부로 변경하였을 때 하중의 전달을 확인하기 위하여 이전 다른 연구에서 활용되었던 가위 모델을 변형한 변형 가위 모델을 고안하여 접합부의 기본 이론을 제안·검토하였고, 기본을 바탕으로 계산된 결과는 구조해석 프로그램인 마이다스 젠과 비교하여 검증하였다. 추가적으로 기존 모멘트접합부로 설계되었던 모듈러구조물을 힌지접합부로 변경하여 부재내력 및 사용성을 검토하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.54-63
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• 2022

이 연구는 구조물 내진보강 장치의 하나인 마찰댐퍼에 관한 것으로, 내부 마찰재를 복합재료의 일종인 초고분자량 폴리에틸렌으로 대체하여 댐퍼를 개발하였다. 또한 마찰력이 발생하는 내부 구조를 여러 층으로 적층하는 다중 마찰방식을 적용하였다. 개발된 다중 마찰댐퍼의 성능 검증을 위해서 재료에 대한 기초 물성과 마모 특성, 디스크 스프링에 대한 특성 분석 시험을 수행하였다. 마모시험 시험결과, UHMWPE의 질량 감소율은 0.003%로 복합재료 기반의 마찰재 중에서 가장 우수한 성능을 보였다. 디스크 스프링은 유한요소해석과 시험결과로부터 설계기초자료를 확보하였다. 또한 개발된 다중 마찰댐퍼의 품질 안정성을 확인하기 위해 토크값에 따른 마찰력 변화와 감쇠장치에 대한 지진하중 시험을 수행하였다. 품질성능 시험결과, 토크 값 조절에 따라 선형적인 마찰력 변화를 보였으며, 지진하중 시험 결과, 마찰댐퍼의 허용오차는 설계기준에서 요구하는 15% 미만으로 나타나 내진보강 장치로서의 요구조건을 만족하는 것으로 나타났다.

• Composites Research
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• 제19권5호
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• pp.28-33
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• 2006

본 논문에서는 카본 블랙, 탄소나노섬유, 탄소나노튜브를 혼합한 유리섬유/에폭시 복합재료 적층판의 복소 유전율과 그 특성이 전자파 흡수체 설계에 미치는 영향에 대한 연구를 수행하였다. 실험은 벡터회로망분석기와 7 mm 동축관을 이용하여 0.5 GHz$\sim$18 GHz의 주파수 영역에서 수행하였다. 실험결과는 복합재료의 복소 유전율이 첨가된 탄소나노소재의 함유율과 그 특성에 강하게 영향을 받는 것으로 나타났다. 복소 유전율의 실수부와 허수부는 탄소나노소재의 함유량에 따라 증가하지만, 탄소나노소재의 형태에 따라서 그 증가율이 모두 다르게 나타났다. 이러한 상이한 증가율은 단층형 흡수체의 설계에 있어서 두께에 영향을 준다. 이러한 영향은 단층형 흡수체를 설계하기 위한 복소 유전율의 해와 실험으로부터 얻은 세가지 종류의 복합재료의 복소 유전율을 함께 배치한 Cole-Cole 선도를 이용하여 평가되었다. 설계결과를 바탕으로 각각의 탄소나노소재를 이용하여 -10 dB의 흡수대역이 모두 3 GHz이면서 두께가 서로 다른 흡수체를 개발하였다.

• Composites Research
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• 제36권2호
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• pp.132-139
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• 2023

추진제 탱크의 경량화를 위해 비강도가 우수한 탄소섬유 강화 복합재를 이용하여 라이너 없이 복합재 추진제 탱크를 제작하기 위한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 MEOP 1.7 MPa의 내압을 지탱할 수 있는 직경 800 mm의 복합재 추진제 탱크 축소형 시제를 설계하였고, 보스 또한 동일한 복합소재로 제작하여 무게를 줄였다. 라이너 없이 탱크를 제작하기 위해 분리형 맨드릴을 이용하였고, 맨드릴의 무게도 줄이고 경화 과정에서 맨드릴의 팽창을 줄여 치수안정성을 도모하기 위해 복합재로 맨드릴을 제작하였다. 맨드릴 상에 탄소섬유 직물 소재를 핸드레이업 공정으로 적층한 후 오토클레이브 경화 과정을 거쳐 시제품을 제작하였다. 시제품 제작 후, 상온 보증압 시험과 헬륨 기밀 시험, 그리고 상온 반복 내압 시험과 파열 시험을 수행하여 내압 강도 및 기밀 성능 요건을 충분히 만족함을 확인하였고 파열압에 대한 안전여유가 충분함을 확인하였다. 본 연구 결과를 발사체 연료탱크 개발에 적용함으로써 발사체 전체 경량화에 기여할 수 있고, 향후 극저온 성능까지 검증한다면 극저온 산화제탱크 제작에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• Composites Research
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• 제37권3호
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• pp.219-225
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• 2024

정찰위성의 탑재체인 위성용 전개형 반사판 안테나는 발사 환경에 대한 구조안정성 및 궤도 환경에 대한 운용 성능을 고려하여 경량화, 고성능의 구조 개발이 필수적이다. 그 중, 복합재 주반사판은 전개형 반사판 안테나를 구성하는 핵심 구성품이며, 발사체 탑재 성능을 고려한 경량 설계 뿐만 아니라 위성체 임무 수행 중 민첩한 자세제어 기동 이후 높은 품질의 위성 영상을 획득하기 위해서는 높은 전개 시 강성을 갖는 고성능의 주반사판 개발이 요구된다. 주반사판 개발을 위해 전개형 반사판 안테나를 구성하는 복합재 주반사판의 적층 설계 및 재료 물성에 따른 구조적 성능을 분석하여 주반사판의 초기 설계안을 도출하였으며, 도출된 초기 설계안을 기준으로 제작 공정을 변수로 4가지 타입의 복합재 주반사판을 제작하였다. 공정 변수로는 복합재 구조의 성형 공정, 탄소 섬유 복합재 시트와 허니콤 코어 간 접착 필름의 적용 유/무, 샌드위치 복합재 내부의 벤팅 경로를 선정하였다. 제작된 4가지 종류의 주반사판에 대해 무게 측정, 비파괴 검사, 표면오차 측정 및 모드 시험을 통한 전개 시 강성 측정을 수행하였으며, 경량 및 구조적 성능을 향상시킬 수 있도록 접착 필름을 미적용하며 벤팅 경로를 포함하는 주반사판 제작 공정을 선정하여 SAR(합성 개구 안테나)를 포함한 위성체에 실 적용이 가능한 복합재 주반사판을 개발하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제18권4호
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• pp.81-88
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• 2024

차세대 중형위성 3호의 탑재체 중 바이오캐비넷은 우주공간에서 바이오 3D프린팅 기법을 이용한 3차원 줄기세포 분화, 배양 및 분석 임무를 수행한다. 상기 3D 프린팅 기법은 궤도환경에서 사용을 목적으로 개발되었으나, 극심한 발사환경에 대한 별도의 검증이 이루어지지 않아 탑재체에 전달되는 발사하중을 저감 시키는 설계가 필수적이다. 본 논문에서는 바이오캐비넷에 전달되는 발사하중 저감을 위해 저강성 탄성 지지구조 적용 및 고댐핑 특성을 부여한 수동형 진동절연기를 제안하였으며, 고댐핑 특성을 부여하기 위해서 초탄성 형상기억합금의 초탄성 효과와 점탄성 테이프를 이용한 적층형 구조에 주목하였다. 제안한 진동절연기 인증모델에 대한 발사진동시험을 통해 설계유효성을 검증하였다.

• 한국산업보건학회지
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• 제7권2호
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• pp.161-170
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• 1997

본 연구는 사업장 근로자의 스타이렌 폭로수준과 이에 따른 biological monitoring 농도의 변화를 알기 위하여 시도되었다. 조사대상자는 FRP공장, 함침작업공장, 피막도포작업공장에 종사하는 남자근로자 64명과 여자근로자 44명이며 포집 및 분석기간은 1995년 6월 15일부터 9월 30일까지 였다. 일반적 특성중 연령, 성별, 근무경력, 음주량, 흡연량은 설문지를 이용하였고 신장과 체중은 개인건강기록표를, 스타이렌 환경폭로농도를 알기 위하여는 확산형 포집기를 사용하였으며, 생물학적 감시물질의 폭로수준을 알기 위하여 혈액과 소변을 채취하여 혈중 스타이렌, 요중 mandelic acid(MA)와 phenylglyoxylic acid(PGA)을 분석하였다. 평균폭로농도는 21.0ppm으로 저농도였으며 사업장별로는 선박관련업체가, 작업방법으로는 적층작업이, 작업형태는 주작업에서 가장 높은 폭로를 보였으며 대상자 중 11%가 허용기준 이상으로 폭로되었다. 환경폭로수준과 혈중 스타이렌의 상관성은 0.620이었고 creatinine으로 보정한 phenylglyoxylic acid와는 0.702로 가장 높은 상관성을 보였다. 혈중 스타이렌과 요중 대사산물의 상관관계는 MA+PGA에서 가장 높은 상관성을 보였다. 생물학적 대사산물의 변화를 설명하는 독립변수들 중 환경폭로농도가 가장 중요하였으며 특히 MA와 MA+PGA에서는 성별 역시 중요한 변수였다. 생물학적 대사산물에 대한 독립변수의 설명력은 모두 31% 이상이었으며 그중 혈중 스타이렌은 49.1%로 가장 높았다. 요중 대사산물을 보정여부에 따른 상관성을 본 결과 모두 0.95이상을 보였다. 이상을 종합한 바 스타이렌 취급작업장의 공기중 농도를 측정할 때 확산포집기로도 사용할 수 있으며, 요의 생물학적 지표에서는 비중으로 보정한 경우가 creatinine으로 보정한 것의 대안으로 사용할 수 있고 또한 요중 MA 및 PGA를 이용하여 폭로 근로자의 폭로농도를 예측할 수 있으므로 이를 스타이렌 취급근로자에 적극적인 활용이 필요한 것으로 제시할 수 있다.