• 대한조선학회지
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• 제26권3호
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• pp.21-28
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• 1989

좌굴강도의 관점에서 보강된 복합적층판의 최적 적층 구조를 해석하였다. 복합적층판의 해석에서는 판두께 방향의 전단 변형 효과를 고려한 유한요소법이 적용되었고, 보강 평판의 모델은 판과 비임 요소로 구성되었으며 판의 적층 두께는 동일한 두께의 적층과 대칭으로 이루어졌다. 유리섬유의 방향을 변화시킴으로써 적층 두께의 최적구조를 얻었는데, $[-45^{\circ}/45^{\circ}/90^{\circ}/0^{\circ}]_3$을 갖는 적층판의 경우 가장 큰 좌굴하중을 얻었다. 이 경우 적층수는 8층 이상이었고, 특기할 사항은 같은 방향의 유리섬유층을 모두 함께 모아서 진술한 최적 적층의 구성에 따른 적층판이 가장 큰 좌굴 강도를 나타내었다.

• Composites Research
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• 제16권5호
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• pp.15-20
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• 2003

본 논문에서는 표면 손상을 입은 적층판의 파괴 강도를 결함이 없는 적층판의 파괴 강도와 결함이 있는 적층판의 파괴 강도를 이용하여 예측하였다. 이를 위해 고전 적층판 이론을 적용하여 적층판의 파괴 강도식을 단순화했으며 이를 표면 손상을 입은 적층판에 적용하였다. 단순화한 적층판의 파괴 강도 이론식의 검증을 위해 Lagace와 Tsai의 논문에서 측정한 데이터를 이용하였다. 또한, 표면 손상을 입은 적층판의 파괴 강도 예측식의 검증을 위해 실험을 수행하였다. 실험을 위해 표면 결함이 없는 적층판과 표면 결함이 있는 적층판을 제작하여 실험하였으며 이 결과를 예측식과 비교하였다. 시편의 섬유 방향은 인장 방향과 같은 방향으로 제작되었으며, 예측식과 실험 결과는 잘 일치하였다. 따라서 본 논문에서 예측만 표면 결함이 있는 적층판의 파괴 강도 예측식을 이용하여 복합재료가 사용되는 구조물이 표면 손상이 되었을 때 이 구조물의 파괴 강도를 예측할 수 있을 것이다.

• Composites Research
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• 제32권6호
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• pp.327-334
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• 2019

층간분리는 복합재 적층판에서 발생하는 특수한 파손 모드이다. 유한요소해석기법을 활용하여 균열 성장방향이 확실히 예측되는 일방향 복합재 적층판의 층간분리 거동과 관련된 많은 수치적 연구가 수행되었다. 반면에 여러 방향으로 적층된 복합재 적층판의 층간분리는 층간 균열 뿐 만 아니라 기지재료 파손 및 섬유 브릿징을 수반하는 층내 균열이 발생한다. 또한 층간 균열과 층내 균열이 불규칙적인 비율로 나타나고 층내 균열도 임의의 각도로 성장한다. 이러한 직교적층 복합재 적층판의 균열 성장 방향에 대한 예측은 확정론적 해석 방법 보다는 확률론적 해석 방법이 유리하다. 본 논문에서는 직교적층 탄소섬유/에폭시 복합재 적층판에 모드 I 하중이 가해질 때 균열 경로를 분석하여 향후 확률론적 해석의 기반 자료로 사용할 수 있는 확률 데이터를 수집하고 분석하였다. 직교이방성 재료의 균열선단에서의 응력장 해석결과를 활용하여 균열 성장 방향을 분석할 수 있는 두 가지 기준을 제안하였다. 제안한 방법을 이용하여 직교적층 탄소섬유/에폭시 복합재 적층판의 균열 성장 방향을 정성적, 정량적으로 분석하고 실험값과 비교분석하였다.

• 한국가스학회지
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• 제15권1호
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• pp.35-39
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• 2011

본 논문에서는 FEV 차량용 복합소재 연료탱크의 탄소섬유 적층두께에 따라 달라지는 강도안전성에 미치는 기여율의 영향을 해석하고자 한다. 기여율에 의한 영향을 FEM 모델링으로 고찰하기 위해, 복합소재 연료탱크의 알루미늄 라이너와 탄소섬유 적층에 작용하는 von Mises 등가응력을 후프방향과 헤리컬방향에 대하여 각각 계산 하였다. FEM 해석결과에 따르면, 알루미늄 라이너에 작용하는 등가응력 기여율은 후프방향으로는 77.5%, $70^{\circ}C$ 경사진 헤리컬방향으로는 18.11%, $12^{\circ}C$ 경사진 헤리컬방향으로는 4.39%로 각각 작용하는 것으로 나타났다. $12^{\circ}C$ 경사진 탄소섬유의 적층 두께비가 후프방향 적층 두께비의 42% 정도로 높게 유지됨에도 불구하고 알루미늄 라이너 소재에서 보여준 기여율 경향은 탄소섬유 적층의 강도안전성에 대해서도 유사한 것으로 나타났다. 결과적으로, 탄소섬유 연료탱크의 강도안전성은 탄소섬유 적층의 두께보다 와인딩 각도에 의해 더 많은 영향을 받는다는 계산결과를 보여주고 있다.

• 한국추진공학회지
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• 제5권2호
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• pp.59-64
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• 2001

본 연구의 목적은 같은 강화재에 서로 다른 모재를 사용한 의사 등방성 복합재료 적층판의 하중 방향이 변화 할 때의 정적 강도와 파손 과정에 대하여 연구하였다. 정적시험은 $[0/-60/+60]_s$, $[+30/-30/90]_s$ 적층판을 사용하였다. 사용된 두 종류의 모재는 AS4/epoxy 와 AS4/PEEK 이다. $[0/-60/+60]_s$의 사 등방성 복합재료 적층판의 손상기구는 적층판에 가해지는 하중방향 변화에 강하게 의존하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권2호
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• pp.189-196
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• 2009

본 논문에서는 적층구조 해석을 위해 부분 선형 층별이론에 의해 정식화된 저매개변수 유한요소 모델을 제안한다. 얇은 직교이방성 문제뿐만 아니라, 두꺼운 식교이방성 적층판 해석을 위해 제안된 모델은 2차원 세분화 기법에 기초를 두고 있다. 즉, 이 모델은 두께방향으로의 면내거동에 대해서는 선형변화로 가정하는 층별분리 이론이 적용되고, 두께방향으로의 면외거동에 대해서는 상수로 가정하는 등가단층이론이 사용된다. 변위장을 정의하기 위해 적분형 르장드르 다항식이 사용된다. 또한 가우스-로바토 적분법을 사용하여, 적층평판의 종래의 가우스적분점이 아닌 절점의 위치에 발생하는 최대응력값을 별도의 외삽법을 사용하지 않고 바로 산출하였다. 제안된 모델의 정당성과 특성은 직교이방성 다층적층판 문제를 사용하여 검증되었으며, 그 결과는 출판된 참고문헌의 값들과 비교되었다. 이 연구에서는 최적의 유한요소 적층모델을 결정하기 위해 응력과 최대처짐을 사용한 수렴성조사가 수행되었다. 또한, 적층 수의 증가에 따른 두께방향으로의 변위와 응력분포의 변화가 조사되었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제13권1호
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• pp.41-52
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• 2001

본 연구에서는 복합재료로 구성된 구조물로서 박스거더와 같이 임의의 각도로 연결된 절판을 유한대판법으로 해석하였다. 각 적층판의 강성으로부터 적분에 의하여 판두께 방향의 전체 강성을 구하고 최소 포텐샬 에너지 이론으로부터 구한 평형방정식에 대입하여 전체 강성매트릭스를 구하였다. 슬래브나 박스거더의 변위 함수는 횡 방향의 Hermite 다항식과 종 방향의 조화함수의 결합으로 가정하였다. 종 방향 조화함수는 단부의 경계조건을 만족시키는 함수를 사용하였다. 해석시간의 단축 및 모델링이 쉽다는 장점을 가진 유한대판법은 복합적층 재료로 구성된 박스거더와 같은 절판해석의 경우에도 매우 정확한 해를 얻을 수 있다.

• 기계저널
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• 제32권1호
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• pp.4-17
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• 1992

이 글에서는 복합적층판의 역학적 특성인 층간분리, 모재균열, 초기파손 후의 거동에 대한 문헌을 간단히 서술하고 그 특성을 살펴 보았다. 이상에서 살펴본 바와 같이 이방성인 층으로 구성된 복합적층 구조의 역학적 특성은 균질인 단일구조와 달리 각층의 재료상수가 달라층과 층 사이의 층간응력이 존재하여 층간분리현상이 발생하지 않도록 섬유방향뿐만 아니라 적층순서를 중요한 설계변수로 고려하여야 한다. 또한 모재균열로 인한 기계적 거동의 변화를 이해하고 초기파손 후의 손상을 고려한 해석을 수행하여 복합적층 구조의 응력해석 및 파손, 강도예측을 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권4호
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• pp.2407-2414
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• 2015

본 논문은 적층된 복합재 라미네이트의 두께방향(out-of-plane) 열탄성 물성치 계산식에 관하여 서술하였다. 다양한 적층패턴을 유도된 계산식에 적용한 결과, 섬유방향이 단방향 0도로 구성된 라미네이트에서 총 플라이수 중 10% 이상이 모두 90도 섬유방향으로 이루어져 있거나, 또는 15도 이상의 섬유방향으로 형성된 적층패턴을 가지는 라미네이트(Laminate)의 두께방향 물성치를 복합재 라미나(lamina)의 단섬유방향과 직교하는 물성치(transverse property)로 가정하는 것은 적절하지 않은 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권3호
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• pp.191-196
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• 2022

본 연구에서는 3D 프린팅 FDM 방식의 적층 방향에 따라 기계적 물성이 달라지는 이방성 특성을 확인하고 이를 이용하여 위상 최적설계를 수행하였다. 벤치마크 문제인 자동차 현가장치 부품 중 하나인 로어 컨트롤 암에 대하여 밀도법 기반 위상 최적설계를 수행하였으며, 외부 하중과 이방성 특성에 따라 위상 최적결과가 다르게 나타나는 것을 확인하였다. 이를 이용하여 최적화된 모델에 대하여 3D 프린터로 적층 방향을 달리하여 2가지 시험품을 제작하였으며 인장시험을 수행하였다. 시험시 3D 비접촉 변형률 측정기를 이용하여 변형률을 구하였으며 이를 CAE 응답해석으로 얻은 변형률과 비교한 결과가 정량 및 정성적으로 일치하는 것을 확인하였다. 3D 프린팅 적층 방향을 고려한 위상 최적모델의 인장 실험 결과를 통해 해당 최적설계 방법론의 유효성을 검증하였다.