• Composites Research
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• 제33권6호
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• pp.371-376
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• 2020

접착강도는 표면처리 기술을 통해 향상시킬 수 있다. 가장 일반적인 방법은 기계적인 결합력을 향상시킬 수 있는 접착 표면의 변화이다. 본 연구는 접착면의 레이저 표면 처리가 기계적 결합력에 미치는 영향과 탄소섬유 강화 복합재료(CFRP)의 접착 결합에 대해 설명한다. 1064 nm의 레이저를 활용하여 표면 조도를 패턴화했다. 레이저 샷의 수, 패턴의 방향, 길이가 CFRP/CFRP 단일 조인트의 접착력에 미치는 영향을 인장 시험을 통해 조사했다. ASTM D5868에 따른 시험을 수행하였으며, 파단 후 손상된 표면을 분석하여 결합 메커니즘을 결정했다. 접착 강도의 증가를 위해서는 CFRP 표면에 최적화된 레이저 샷의 수와 조도 깊이가 구성되어야 한다. 인장방향에서의 전단응력을 고려할 때, 접착층의 파단 경로를 길어지게 하는 45°의 방향의 조도가 접착강도의 증가를 야기했다. 그러나 레이저에 의한 조도의 길이는 접착 강도에 크게 영향을 주지 못했다. 레이저를 이용한 접착면의 표면처리는 기계적 결합 메커니즘을 확보하고 CFRP 접착 조인트의 접착 강도를 향상시키는 적합한 방법이라는 결론을 도출할 수 있다. 레이저 처리를 이용한 이점을 완전히 이용하기 위해서는 최적화된 레이저 공정 변수에 대한 연구가 반드시 필요하다.

• 한국기계가공학회지
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• 제19권10호
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• pp.59-67
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• 2020

Polycarbonate thermoplastic composite materials are anisotropic and exhibit physical properties in the longitudinal direction. Therefore, the physical properties depend on the type and direction of reinforcements. The thermal conductivity, electrical conductivity, and resin impregnation can be controlled by adding carbon nanotubes to polycarbonate resin. However, the carbon fiber used as a reinforcing material is expensive, interfacial adhesion issues occur, and simulation values are different from actual values, making it difficult to perform mathematical analysis. However, carbon nanotubes have advantages such as light weight, rigidity, impact resistance, and reduced number of parts compared to metals. Due to these advantages, it has been applied to various products to reduce weight, improve corrosion resistance, and increase impact durability. As the content of carbon nanotubes or carbon fibers increases, the mechanical properties and antistatic and electromagnetic shielding performance improve. It is expected that the amount of carbon nanotubes or carbon fibers can be optimized and applied to various industrial products.

• Composites Research
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• 제28권3호
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• pp.130-135
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• 2015

이 논문은 저궤도 우주환경하에서 그래핀 충진 고분자 나노복합재료에 대한 물성 변화를 고찰하였다. 고분자 기지재와의 적합성과 원자산소 공격에 대한 탄소재료의 저항성을 향상시키기 위해 유기실란으로 그래핀 옥사이드의 표면을 실란처리를 수행하였다. 실란이 그래핀 옥사이드 표면에 결합여부를 XPS 장비를 사용하여 분석하였다. 실란 처리된 그래핀 옥사이드와 실란 처리하지 않은 그래핀 옥사이드를 강화재로 사용한 나노복합재료를 제작하여 순수 에폭시와 인장물성을 비교하였으며, 모사된 저궤도 우주환경에서의 물성 변화를 관찰하였다. 그 결과 실란처리를 하여 그래핀 나노 복합재료를 제작할 경우 우주환경요소 중 원자 산소에 저항성을 가지는 것을 확인하였으며, 실란처리를 하지 않은 경우에는 오히려 성능이 감소함을 확인할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권10호
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• pp.1057-1068
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• 2014

2개의 상으로 구성된 입자 강화 복합재에 대한 균질화와 내부 상태 변수에 대해 2차 미분항이 포함된 비구역적 이론을 적용하여 탄소성 구성 방정식을 제안하였다. 열역학과 소성 포텐셜을 통해 내부 상태 변수에 대한 전개식 또한 본 논문에 포함되었다. 연속체 결함 모델을 이용, 결함 인자에 따른 물성 저하 현상도 감안되었으며 이중 후방응력이 조합된 전개식 또한 제시하였다. 일부 예에 대한 수치해석 결과, 비구역적 변수의 영향이 증가할수록 전단밴드는 감소하나 반면 특정 후방응력 전개가 지배적일수록 소성변형 집중이 증가함이 관찰되었다. 더욱이 두 개의 강소성 상으로 이루어진 복합재의 경우 강성이 높은 게재물의 비중이 증가함에 따라 전단밴드 형성이 용이한 것으로 나타났다. 그 밖에 제어변수들의 변화에 따른 전단밴드 형성에 대한 분석 결과는 Rice 소성 불안정성 분석결과와 잘 일치함 또한 밝혀졌다.

• 소성∙가공
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• 제33권1호
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• pp.18-35
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• 2024

In the present work, the evolution rules for the internal variables including continuum damage factors are obtained using the thermodynamic framework, which are in turn facilitated to derive the elastic-plastic constitutive relation for the particulate composites. Using the Mori-Tanaka scheme, the homogenization on state and internal variables such as back-stress and damage factors is carried out to procure the rate independent plasticity relations. Moreover, the degradation of mechanical properties of constituents is depicted by the distinctive damages such that the phase and interfacial damages are treated individually accordingly, whereas the kinematic hardening is depicted by combining the Armstrong-Frederick and Phillips' back-stress evolutions. On the other hand, the present constitutive relation for each phase is expressed in terms of the respective damage-free effective quantities, then, followed by transformation into the damage affected overall nominal relations using the aforementioned homogenization concentration factors. An emphasis is placed on the qualitative analyses for strain localization by observing the perturbation growth instead of the conventional bifurcation analyses. It turns out that the proposed constitutive model offers a wide range of strain localization behavior depending on the evolution of various internal variable descriptions.

• Composites Research
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• 제26권4호
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• pp.207-212
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• 2013

본 연구에서는 유리강화섬유폴리머(GFRP)와 탄소강화섬유폴리머(CFRP)로 적층된 조류력 블레이드의 스파 캡(Spar cap)을 대상으로 끝단 처짐의 제한에 따른 단방향(UD) GFRP의 적층 두께를 최적화 하였다. 또한 도출된 적층 두께에 따른 블레이드 내부의 응력의 변화와 블레이드의 재료비용을 확인하였다. 비선형 최적화에 뛰어난 순차 이차방정식 프로그래밍(SQP) 알고리즘을 사용하였고, 목적함수를 계산하기 위하여 상용 유한요소해석 프로그램인 Abaqus/Standard와 연계하였다. UD CFRP의 적층 두께가 9 mm로 제한된 경우, 끝단 처짐이 감소함에 따라 UD GFRP의 적층 두께가 증가하였다. 즉, 최적화된 스파 캡의 무게는 최대 96.2% 증가였으며 최대 인장응력은 최대 24.6% 감소하였다. 끝단 처짐이 126.83 mm로 제한된 경우, UD CFRP의 적층 두께가 줄어듦에 따라 UD GFRP의 적층 두께가 증가하였다. 이로 인하여 무게는 최대 40.1% 증가하였지만 재료비용은 최대 16.97% 감소하였다. 본 연구에서 제시한 블레이드 스파 캡의 최적화된 두께를 바탕으로 조류력 블레이드의 무게, 내부의 최대 응력과 재료비용의 상관관계를 제시하였다.

• Composites Research
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• 제35권6호
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• pp.412-418
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• 2022

메타크릴산과의 에스터화 반응을 통해 브롬화 에폭시 수지와 일반 에폭시 수지의 혼합물로부터 난연성 비닐에스터 핫멜트 필름을 제조하였고 이를 이용하여 탄소섬유와 비닐에스터 복합 프리프레그를 제조하였다. 저점도 비스페놀-A와 고점도 브롬화 비스페놀-A 에폭시 전구체를 혼합하여 필름 생산에 적합한 VE 수지의 점도를 최적화하였다. 경화된 VE 수지의 브롬 함량 증가는 비 브롬화 VE에 비해 제한 산소 지수(LOI)(39%), 25℃에서의 저장 탄성률(2.4 GPa) 및 잔류 탄화물(16.1%) 값을 더 증가시켰다. 합성한 VE 프리프레그의 수동 레이업과 후속 경화로 인장 및 굴곡 강도가 우수한 CF 강화 복합재를 성공적으로 제작하였다. 본 연구 결과는 스티렌이 없는 친환경적인 VE 복합 재료 공정의 향후 산업화에 대한 높은 가능성을 보여준다.

• Composites Research
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• 제34권6호
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• pp.426-433
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• 2021

탄소 섬유 강화 복합재료는 오토클레이브 공정 시 발생하는 잔류응력이 발생하고, 스프링 인, 뒤틀림과 같은 열변형으로 인해 치수 결함이 발생한다. 열변형의 주요원인은 제품의 형상, 수지의 화학 수축과 열팽창, 몰드의 재질과 표면 상태에 따른 몰드 효과 등 다양한 요인에 의해 발생한다. 본 연구는 열변형을 예측하기 위해 점탄성 모델 해석 기법을 평판 모델에 적용하여 열변형의 주요 원인인 수지의 화학 수축과 열팽창의 영향을 분석했고, 몰드 유무에 따른 3-D 점탄성 모델의 해석 기법을 검증했다. 검증된 3-D 점탄성 모델의 해석 기법을 이용하여 L-형상의 몰드 효과를 분석한 결과, 동일한 재질의 몰드를 사용했더라도 표면 상태에 따라 잔류 변형이 다르게 나타났다.

• Composites Research
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• 제36권3호
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• pp.211-216
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• 2023

선박, 항공기 구조물을 설계할 때 경량화 및 강도를 만족할 수 있도록 설계하는 것은 중요하다. 현재, 경량화와 구조물의 강도를 만족시키기 위한 방법으로 3D 프린트 복합재료를 이용한 위상 최적화에 관련된 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 항공기 또는 무인기의 부품 중 하나인 조종면에 대한 3D 프린트 복합재료의 적용 가능성을 분석하기 위해 구조해석을 수행했다. 조종면의 내부 위상 형상에 대해 3가지(육각형, 사각형, 삼각형) 형상을 고려하여 굽힘 하중에 대한 조종면의 최적의 위상 형상을 분석하였다. 또한 3D 프린트 복합재료의 4가지 강화재(탄소섬유, 유리섬유, 고강내열유리섬유, 케블라)를 적용했을 때의 조종면의 굽힘 강도를 분석하였다. 3점 굽힘 실험결과와 구조해석 결과를 비교한 결과, 탄소섬유와 케블라로 제작된 육각형의 위상 형상을 갖는 조종면이 우수한 성능을 갖는 것을 확인하였다. 이를 통해 조종면에 대해 3D 프린트 복합재를 충분히 적용 가능할 것으로 판단된다.

• Composites Research
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• 제25권4호
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• pp.98-104
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• 2012

본 논문에서는 척추체 간 유합용 케이지의 응력방패현상을 감소시키기 위하여 강성 차이에 대한 연구를 수행하였다. 최근 의료 임플란트 분야에서는 탄소섬유강화 폴리머를 이용하여 좋은 결과를 보여 왔다. 그러나 생체 역학적으로 이 재료에 대하여 요추체의 안정성과 골 이식재가 받는 응력에 관련한 연구는 없었다. 따라서 이전에 유효화한 요추체 (L2-L5) 비선형 유한 요소 모델을 이용하여 L4-L5 분절의 케이지의 강성 차이에 따른 효과를 알아보기 위하여 탄소섬유강화 폴리머와 티타늄 케이지를 이용한 후방 요추체 유합 모델을 만들었다. 자가골 보다 강성이 작은 탄소 섬유강화폴리머 케이지는 인접 분절의 하종판에 응력이 적게 걸리며, 골 이식재에 응력은 증가시켰다. 위의 결과로 탄소섬유강화 폴리머 케이지는 응력 방패 현상을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 골 유합률을 증가시킬 수 있다.