• 한국방재학회 논문집
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• 제8권1호
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• pp.1-7
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• 2008

문화재의 보수 보강은 모재 및 외형의 손상을 최소화하면서 부재의 강도를 증가시킬 수 있어야 한다. 목조 문화재에서 보부재에 대한 기존의 여러 보강법 중 CFRP 삽입공법은 모재의 손상을 최소화하면서 원목재의 강도를 효과적으로 증가시킬 수 있어 향후 근대건축물의 보수보강 공사에 적용성이 높은 방법이 될 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 근대건축물의 지붕구조체를 보존하기 위한 보부재의 보강방법 중 부재의 외연적 손상을 최소화할 수 있는 탄소판 삽입공법을 목재보에 적용하여 보강효과와 파괴 성상 등을 실험을 통해 조사, 분석하고 이 보강법의 실제 적용을 위해 보의 휨응력 산정을 위한 기초적 자료를 제시하였다. 본 실험에서는 CFRP의 배열형태와 보강량을 주요변수로 하였으며, $0.3{\sim}0.7%$의 CFRP보강량을 사용하였을 경우 원목재의 강도에 비해 최대 173%까지 보강효과를 발휘하는 것으로 나타났으나, 옹이 등 모재의 특성에 의하여 크게 영향을 받는 것으로 관찰되었다. 향후 이 공법의 적용성을 높이기 위해 목재에 대한 기초적 연구들이 활성화되어야 할 것이며, 목재의 비파괴 실험에 관한 연구도 필요할 것으로 사료된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권1호
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• pp.121-127
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• 2013

최근 경량 자전거에 대한 요구가 지속적으로 증가함에 따라 탄소섬유 복합재료가 자전거 프레임 및 부품 제작에 널리 활용되고 있다. 복합재료는 일반적인 등방성 재료와는 달리 적층판의 방향과 순서에 따라 그 구조적인 특성이 변화하기 때문에 복합재료 자전거의 디자인을 검증하기 위해서는 구조 해석을 수행하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 CFRP 소재를 적용하여 자전거 프레임을 설계하였고, 유한요소해석을 통하여 그 구조적 성능을 분석하였다. 다양한 적층 순서와 하중조건 하에서 섬유와 매트릭스의 파손지수를 측정함으로써 복합재의 적층 조건이 자전거의 구조 강도에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 취약 부분은 추가적인 복합재 적층판을 이용하여 보강함으로써 자전거 프레임의 구조적 안전성을 확보할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권8호
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• pp.881-887
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• 2012

섬유강화 복합재료는 금속 재료보다 비강성 및 비강도가 높아 경량화가 요구되는 산업에서 수요가 증가하고 있다. 이러한 섬유강화 복합재료는 방향성을 가진 섬유 원사를 일정한 규칙으로 배열하고 에폭시 수지와 같은 레진을 이용하여 경화한 후 사용하게 된다. 섬유강화 복합재료는 구조적인 특성상 섬유배열각도에 따라 서로 다른 재료물성을 나타내기 때문에 섬유강화 복합재료의 강도를 정확히 평가하는 것은 이들을 구성요소로 하는 복합재료 구조물의 설계 또는 파괴에 대응한 설계에서 매우 중요하다. 이에 본 논문에서는 평직 탄소섬유강화 복합재료 적층판을 대상으로 섬유배열각도($0^{\circ}/90^{\circ}$, $30^{\circ}/-60^{\circ}$, $+45^{\circ}/-45^{\circ}$)에 따른 인장시험을 통하여 정적 파괴강도를 평가하였으며, 복합재료를 구성하고 있는 섬유의 구조적인 주기성을 포함하는 Tan과 Cheng의 강도함수와 조화함수를 이용하여 섬유배열각도에 따른 평직 탄소섬유강화 복합재료의 정적 파괴강도를 예측하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제17권11호
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• pp.2752-2761
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• 1993

The purpose of this study is to confirm the decreasing problems of residual bending strength, and the fracture machanism experimentally when CFRP composite laminates are subjected to Foreign Object Damage. Composite laminates used for this experiment are CFRP orthotropy laminated plates, which have two-interfaces [O/sub 6//sup o//90/sub 6//sup o/]sub sym/ and four-interfaces [O/sub 3//sup o//90/sub 6//sup o//O/sub 3//sup o]/sub sym/. When the specimen is subjected to transverse impact by a steel ball, the delamination area generated by impact damage is observed by using SAM(Scanning Acoustic Microscope). also, Thefracture surfaces obtained by three-point bending test were observed by using SEM (Scanning Electron Microscope). Then, fracture mechanism was investigated based on the observed delamination area and fracture surface. The results were summarized as follows; (1) It is found that for the specimen with more interface, the critical delamination energy is increased while delamination-development energy is decreased. (2) Residual bending strength of specimen A is greater than that of Specimen B within the impact range of impact energy 1. 65J (impacted-side compression) and 1. 45J (impacted-side tension). On the other hand, when the impact energy is beyond the above ranges, residual bending strength of specimen A is smaller than that of specimen B. (3) In specimen A and B, residual strength of CFRP plates subjected to impact damage is lower in the impacted-side compression than in the impacted-side tension. (4) In the case of impacted-side compression, fracture is propagated from the transverse crack generat-ed near impact point. On the other hand, fracture is developed toward the impact point from the edge of interface-B delamination in the case of impacted-side tension.

• Composites Research
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• 제32권5호
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• pp.258-264
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• 2019

본 논문에서는 Hashin 파손 기준식과 crack band 모델이 접목된 손상변수를 이용하여 점진적파손해석 방법이 개발되었다. 파손기준식을 이용하여 파손의 개시 유무가 판단된다. 파손이 개시된 경우에는 각 파손모드(섬유 인장/압축, 기지 인장/압축)에서 손상변수가 선형 열화 거동에 따라 계산되고, 손상강성행렬을 계산하는데 사용된다. 손상강성행렬은 손상된 재료에 반영되고, 계산된 손상강성행렬을 이용하여 재료의 완전한 파괴를 의미하는 손상변수가 1인 시점이 되기까지 점진적 파손해석이 계속해서 반복적으로 수행된다. 일련의 과정들은 상용해석프로그램인 ABAQUS에 사용자 정의 부프로그램을 이용하여 수행되었다. 제안된 점진적파손해석 도구의 검증을 위하여, 원공을 가진 복합재료 적층판의 시험 결과와 비교를 수행하였으며, 시험 중 디지털 이미지 상관법을 이용하여 획득한 변형률 거동과 해석을 통해 획득한 변형률 거동을 비교하였다. 제안된 해석결과는 시험 결과와 비교하여 유효한 일치를 보였다.

• Composites Research
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• 제36권1호
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• pp.25-31
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• 2023

복합재료 구조는 필요한 기계적 성능을 충족하기 위해 서로 다른 적층 각도로 적층하여 설계되었다. 외부 하중을 받는 복합재료 구조물에 대한 발생하는 응력은 위치에 따라 다르지만, 최대 응력을 바탕으로 적층 순서를 결정하는데, 이는 효율적이지 않으며 일반적으로 최적의 설계가 아니다. 최근 이러한 비효율성을 해결하기 위해 구간 조합 복합재료(PIC)가 제안되었다. PIC는 인접한 조각들 사이의 완벽한 결합을 가정하지만, 이것은 매우 이상적이고 달성하기 어렵다. 따라서 경계에서의 중첩은 서로 분리되지 않도록 하기 위해 필수적이다. 본 연구에서는 중첩 설계가 PIC 플레이트의 충격 파손 모드에 미치는 영향을 조사하였다. 속경화 탄소섬유 프리프레그를 이용하여 서로 다른 겹침부 형상 및 절개선 간격을 가지는 시험편을 제작하였으며, ASTM D 7136에 따라 충격시험을 수행하였다. 복합재료 적층판의 충격 파손 형태는 겹침부 설계에 따라 서로 다른 양상을 가졌으며, 이로 인해 충격흡수에너지 및 충격하중곡선의 경향에도 영향을 주었음을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제20권3호
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• pp.832-842
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• 1996

Fatigue life prediction and fatigue behavior of circular notched carbon fiber reinforced plastic laminates are presented. Point and average stress criteria by Whitney and Nuismer are generalized to fatigue fracture criteria for notched laminates. Residual strength degradation model and the assumptions on the stress redistribution are introduced during the derivation of prediction equations. S-N curve, Basquin's relation, and H and H's FLPE1 are chosen for evaluation of residual strength of unnotched laminates and six prediction equations are derived. Experiments are performed using Graphite/Epoxy laminates whose fiber orientation is $[0$^\circ$/+45$^\circ$/-45$^\circ$/90$^\circ$]s. Presented prediction equations are reasonably close to experimental data and proposed appoach is found to be suitable to predict fatigue life of notched composite laminates.

• 대한기계학회논문집A
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• 제22권2호
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• pp.416-427
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• 1998

Unidirectional commingled-yarn-based carbon fiber(CF)/polyamide(PA) 6 composite was fabricated under molding pressures of 0.4, 0.6 and 1.0 MPa to study its flexural deformation and fracture behavior. Fiber/matrix interfacial bonding area became larger with an increase of molding pressure from 0.4 to 0.6 MPa. For molding pressures .geq. 0.6 MPa, good flexural performance of similar magnitudes was attained. For the fracture test, four kinds of notch direction were adopted : edgewise notches parallel (L) and transverse (T) to the major direction of fiber bundles, and flatwise notches parallel(ZL) and perpendicular(ZT) to this direction. Nominal bend strength for L and ZL specimens exhibited high sensitivity to notching. ZL specimens revealed the lowest values of the critical stress intensity factor $K_c$ which was slightly superior to those of unfilled PA6 matrix. Enlargement of the compression area for T specimens was analyzed by means of the rigidity reduction resulting from the fracture occurrence.

• 대한기계학회논문집A
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• 제20권6호
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• pp.1836-1842
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• 1996

In this paper, static and fatigue bending strengths of CFRP(carbon fiber reinforced plastic laminates having impact damage(FOD) are evaluated. Composite laminates used for this experiment are CF/EPOXY and CF/PEEK orthotropy laminated plates, which have two-interfaces[${0^0}_4{90^0}_4}$]$_sym$. A steel ball launched by the air gun colides against CFRP laminates to generate impact damages. The damage growth during bending fatigue test is observed by the scanning acoustic microscope(SAM). When the impacted side is compressed, the residual fatigue bending strength of CF/PEEK specimen P is greater that that of CF/EPOXY SPECIMEN B. On the other hand, when the impacted side is in tension, the residual fatigue bending strength of CF/PEEK speicemen P is smaller than that of CF/EPOXY specimen B. In the case of impacted-side compression, fracture is proposed from the transverse crack generated near impact point. On the other hand, fracture is developed toward the impact point from the edge of interface-b delamination in the case of impacted-side tension.

• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제7권1호
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• pp.25-31
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• 2016

Bond stress between cast-in-place ductile fiber reinforced cementitious composites and CFRP plank were experimentally analyzed. As failure shape, the mixture of failure between CFRP plank and epoxy, and failure between concrete and epoxy was shown. In case of RFCON from the suggested simple bond slip relationship, the maximum average bond stress was 5.39MPa, the initial slope was 104.09MPa/mm, and the total slip length was 0.19mm. PPCON showed the maximum average bond stress of 4.31MPa, the initial slope of 126.67MPa/mm, and the total slip length of 0.26mm, while RFCON+ appeared to have 8.71MPa, 137.69MPa/mm, 0.16mm. PPCON+ had 6.19MPa maximum average bond stress, 121.56MPa/mm initial slope, and 0.34mm total slip length. To comprehend the behavior of composite structure of FRP and concrete, local bond slip relation is necessary, and thus a simple relation is suggested to be easily applied on hybrid composite system.