• Composites Research
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• 제36권3호
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• pp.154-161
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• 2023

본 연구에서는 경량화를 위해 금속 링크를 탄소섬유/에폭시 복합재 링크로 대체하고자 파손 기준을 이용하여 복합재 링크가 주어진 하중 조건을 견딜 수 있는지를 평가하였다. 복합재의 파손 양상을 예측하기 위해 MMF 기준을 이용하였고, 기계적 시험을 수행하여 MMF의 기준 강도 파라미터를 구하였다. 연구결과 링크의 구멍 주위에서 응력집중이 발생하였고, 특히 굽힘 하중을 받을 때 링크 끝단과 구멍 주위에서 취약함이 드러났다. 파손 지수로부터 파손 양상을 예측하였고 매트릭스 인장 파손이 링크 끝단에서, 그리고 구멍 주위에서는 섬유의 압축 파손이 예측되었다. 본 연구를 통해 확보된 방법과 결과는 경량화를 위해 금속 부품을 탄소섬유/에폭시 복합재로 대체할 때 특정 하중 조건 하에서 복합재의 안전성을 평가하는 유용한 지침으로 활용할 수 있을 것이다.

• Composites Research
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• 제24권1호
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• pp.10-16
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• 2011

복합재 적층판의 피로수명을 평가하는 것은 여러 가지 재료와 섬유적층각에 따라 수많은 인증실험이 요구된다. 본 논문에서는 미시역학적 파손이론을 이용하여 복합재의 구성재료인 섬유, 기지 및 섬유/기지 경계면의 피로수명 예측를 통해 복합재 적층판의 피로수명 평가를 할 수 있는 방법을 제시하였다. 기지는 다축응력상태을 고려할 수 있는 일반적인 등방성 재료의 등가응력파손식을 이용하였고, 섬유는 이방성 재료이지만 섬유방향의 응력이 주요하므로 섬유방향의 응력만 고려한 최대응력 파손식을 사용하였다. 섬유/기지 경계면에서는 임계단면파손식을 사용하였고, 경계면의 피로강도가 크다고 가정하여 경계면에서의 피로파손는 무시하였다. 인장과 압축강도가 다른 재료의 평균응력효과를 고려할 수 있도록 수정된 Goodman 식을 이용하였다. 순수 기지의 피로실험 데이터를 기반으로 미시역학적 파손이론을 이용하여 단일 플라이와 복합재 적층판인 UDT[$90^{\circ}2$], BX[${\pm}45^{\circ}$]S와 TX[$0^{\circ}/{\pm}45^{\circ}$]S의 피로수명을 예측해 보았고, 실험 데이터와 잘 일치함을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권1호
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• pp.17-24
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• 2013

본 논문에서는 복합재료의 미시적 파손모드를 고려하는 복합재 파손예측 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램의 검증을 위하여 원공이 있는 복합재 적층판 시편의 인장시험 및 정적 파손해석을 수행하였다. 먼저 적층각도별 복합재 시편에 대한 인장시험을 통하여 논문에 사용된 재료에 대한 SIFT 허용치를 산출하였고, 미시역학적 모델인 RVE에 대한 유한요소 해석을 통하여 변형률 증폭계수를 결정하였다. 또한 원공이 있는 복합재 적층판 시편에 대한 인장시험을 수행하고, 실험을 통해 얻어진 파손하중 결과를 바탕으로 유한요소 모델에 대하여 정적 파손해석을 수행하였다. 마지막으로 실험결과를 바탕으로 예측된 파손지수 결과를 평가함으로써 개발된 프로그램의 효용성을 검증하였다.

• Composites Research
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• 제29권2호
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• pp.66-72
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• 2016

고온에서 열화학적 분해 현상을 겪는 고분자 기지 복합재료는 기지 내부의 기공도가 급격히 증가한다. 기공의 생성은 재료의 탄성 계수와 파손 강도를 감소시키며, 기공 내부의 가스 압력은 재료의 열기계적 거동에 영향을 준다. 본 논문에서는 기지 내부에 많은 기공이 포함된 일방향 섬유 강화 복합재료의 이차원 대표 체적 요소를 설정하고 유한요소 해석을 수행하였다. 이를 통해 기공 상태에 따른 복합재료의 유효 탄성 계수, 기공 탄성 계수, 파손 강도 등을 산출하였다. 특히, 기지 재료의 특성에 많은 영향을 받는 섬유 수직 방향의 파손 강도가 원래 기지 강도보다 현격히 낮게 산출되며, 기공도가 증가함에 따라 지속적으로 떨어지는 경향을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제25권12호
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• pp.1933-1943
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• 2001

A micromechanical model is presented for superplasticity in which heterogeneous microstructures are coupled with deformation behavior. The effects of initial distributions of grain size, and their evolutions on the mechanical properties can be predicted by the model. Alternative stress rate models such as Jaumann rate and rotation incremental rate have been employed to analyze uniaxial loading and simple shear problems and the appropriate modeling was studied on the basis of hypoelasticity and elasto-viscoplasticity. The model has been implemented into finite element software so that full process simulation can be carried out. Tests have been conducted on Ti-6Al-4V alloy and the microstructural features such as grain size, distributions of grain size, and volume fraction of each phase were examined for the materials that were tested at different strain rates. The experimentally observed stress-strain behavior on a range of initial grain size distributions has been shown to be correctly predicted. In addition, the effect of volume fraction of the phases and concurrent grain growth were analyzed. The dependence of failure strain on strain rate has been explained in terms of the change in mechanism of grain growth that occurs with changing strain rate.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제16권5호
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• pp.35-42
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• 2022

본 논문에서는 효율적인 파손해석을 위해 등가 이방성 복합재 평판으로 가정된 복잡한 적층 패턴을 가진 복합재 적층판의 기계적 등가 물성을 예측하였다. 등가 이방성 복합재 평판의 강성은 고전적층판 이론을 기반으로 정의하였으며, 미시역학적 파손이론이 적용된 복합재 적층판의 파손 거동을 묘사할 수 있는 등가 파손방정식을 새롭게 정의하였다. 최종적으로 유한요소해석 결과와 비교하여 제안된 이론을 검증하였으며, 제안된 이론은 높은 계산 효율성과 단순성이라는 이점 때문에 항공우주분야 복합재 적층판의 파손 특성 분석에 적합하다고 판단된다.

• Composites Research
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• 제29권1호
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• pp.33-39
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• 2016

본 논문에서는 3차원 평직 복합재료의 3-방향 섬유다발의 굴곡각에 따른 다양한 모델링을 구축하고, 제시한 모델에 대하여 등가 물성치를 예측하였다. 3차원 평직복합재료의 단위셀을 정의하고 미시역학 계산결과인 섬유다발 물성치를 사용하여 섬유다발에 굴곡각에 따라 물성치가 변화하도록 요소 물성축을 설정 후 3차원 평직 복합재료의 중시해석을 수행하였다. 계산결과 등가물성치는 참고문헌에 제시된 해석 및 실험값을 비교하여 타당성을 확보하였으며 계산결과 3-방향 섬유다발 굴곡각이 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 또한 초기파손 강도와 파손순서에 대해서도 조사하였다.

• 한국도로학회논문집
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• 제4권3호
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• pp.1-13
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• 2002

현재 도로 설계는 기존의 경험적인 설계법에서 역학적인 설계법으로 바뀌고 있는 추세이다. 이러한 전환기에서 세계 많은 도로국들은 역학적-경험적인 도로 설계법을 개발하고 있고 혹은 이미 채택하여 적용하고 있다. 이에 실제 미국 미시간 도로국에서 나온 자료를 바탕으로 역학적-경험적 설계법을 개발하였다. 이 역학적-경험적 설계법의 연결 함수 (transfer function)로 사용될 소성 변형 예측 모델과 피로 균열 예측 모델도 함께 개발되었다. 여기서는 이 설계법을 개발하는데 사용된 자료와 예측 모델, 설계 알고리듬등이 소개된다. 이 설계법의 검증을 위해 기존의 경험적 설계법에 의한 설계와 새로 제시된 설계법에 의한 설계가 비교된다. 새로 설계된 설계법은 설계자 혹은 사용자가 도로 파손의 기준을 정량적으로 정함으로서 좀더 구체적으로 설계를 할 수가 있다.

• Composites Research
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• 제31권5호
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• pp.251-259
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• 2018

본 논문에서는 섬유강화복합재의 멀티스케일 해석을 위해 필요한 대규모/소규모 통계적 체적요소 모델을 개발하였다. 미시영역모델의 크기효과를 최소화하기 위해서 섬유를 최대한 포함한 거대모델을 구성하였다. 이를 위해 국부 영역의 요소 절단법을 이용하여 전체 유한요소 크기에 상관없이 신속한 격자 섬유/기지의 모델링이 가능한 요소생성기를 구성하였다. 이를 통해 대규모 통계 체적 모델을 도출하여 체적모델의 크기에 따른 국부하중 공유의 차이를 고찰하고, 섬유방향의 연속체손상역학모델을 BSVEs 모델 해석으로부터 도출 하였다. BSVEs 모델을 보편적인 RVE모델과 비교 검증하였다.