• 한국추진공학회지
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• 제3권2호
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• pp.56-65
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• 1999

본 연구에서는 와인딩시 공정조건의 변화가 필라멘트와인딩 복합재의 기계적 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 와인딩시의 공정변수로는 섬유장력과 섬유엔드수를 고려하였다. 고려한 시편은 필라멘트와인딩 공법으로 제작된 링 시편으로 강화섬유는 TZ-507 탄소섬유와 IZ-40 탄소섬유를 사용하고 수지는 필라멘트와인딩용 에폭시를 사용하였다. 와인딩시 섬유장력은 0.5kgf에서 3.0kgf의 범위에서 변화시켰으며 섬유엔드수는 1엔드에서 6엔드의 범위에 서 변화시켰다. 와인딩시 섬유장력과 섬유엔드수를 변화시킨 링 시편의 섬유체적비와 기공함유율은 황산용해법을 적용하여 측정하였으며 이들 링 시편의 기계적 특성은 스프릿 디스크 시험을 통해 평가하였다. 본 연구의 수행을 통해 얻어진 결과들로 판단하면 와인딩시 섬유 장력과 섬유엔드수는 필라멘트와인딩 복합재의 섬유체적비와 기공함유율을 변화시킬 뿐 아니라 필라멘트 와인딩 복합재의 기계적 특성에도 밀접한 영향을 미친다. 따라서 필라멘트와인딩 복합재의 구조성능을 극대화하고 생산성을 향상시키기 위해서는 최적의 필라멘트 와인딩 공정조건이 적용되어야 한다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제18권2호
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• pp.191-200
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• 2005

본 논문에서는 유리섬유 복합소재 교랑 바닥판 개발에 필요한 기초 자료를 마련하기 위하여, 필라멘트 와인딩공정과 인발성형공정으로 제작된 복합소재 교량 바닥판에 대해 휨시험과 구조해석을 실시하여, 휨특성을 비교$\cdot$분석하였다. 필라멘트 와인딩으로 제작된 삼각형 형상의 복합소재 교량 바닥판의 성능을 비교하기 위하여, 미국 MMC사의 Duraspan 바닥판과 동일한 크기의 바닥판 시험체를 필라멘트 와인딩으로 제작하여 휨시험을 실시하고 최대 파괴하중과 처짐, 변형률을 비교하였으며, 필라멘트 와인딩 바닥판 시험체와 동일한 바닥판 모델에 대해 구조해석을 실시하여 시험한 결과와 비교하였다.

• Composites Research
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• 제23권4호
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• pp.14-20
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• 2010

본 연구에서는 마이크로 유전자 알고리즘을 이용하여 외부 수압을 받는 필라멘트 와인딩 복합재 원통의 최적설계를 수행하였다. 목적함수는 파손하중과 좌굴하중을 동시에 고려하여 설계하중을 최대화하는 것이다. 좌굴 및 파손해석은 MSC.NASTRAN을 이용하였고, Carroll의 공개된 마이크로 유전자 알고리즘에 기초한 최적화작업을 수행하였다. 설계변수로는 헬리컬(helical) 와인딩 각도와 후프(hoop) 와인딩 층의 두께비가 고려되었다. 본 연구를 통해 마이크로 유전자 알고리즘을 이용하여 다양한 형상을 갖는 필라멘트 와인딩 복합재 원통의 좌굴 및 파손하중 최적화가 가능함을 확인하였고, 제안된 알고리즘이 일반 유전자 알고리즘과 비교해서도 높은 효율을 보였다.

• Composites Research
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• 제18권5호
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• pp.1-8
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• 2005

여러 복합재료 제작기법 중에서 필라멘트 와인딩 제작 기법은 압력탱크, 파이프 등과 같은 실린더 형태의 축대칭 구조물의 제작에 가장 효율적인 방법이다. 또한, 필라멘트 와인딩으로 제작된 복합재료 압력탱크는 운용 중 큰 내압을 받게 되며 복잡한 손상 메커니즘과 파손 모드를 가지고 있다. 그러므로, 필라멘트 와인딩으로 제작된 복합재료 압력탱크는 탱크의 제작 과정과 제작 후 전 과정 동안의 탱크에 대한 건전성 모니터링이 필요하며 이를 위해 탱크의 제작 시부터 탱크 내부의 여러 지점에 센서가 삽입 적용되어야 한다. 여러 센서 중에서 광섬유 센서는 복합재료 내부에 삽입이용이한 센서이며 특히, 광섬유 브래그 격자 센서(fiber Bragg grating Sensors, FBG센서)는 다중화(multiplexing)가 용이한 것을 큰 장점으로 가장 많이 채택되고 있다. 하지만, FBG 센서를 필라멘트 와인딩된 복합재료 압력탱크에 성공적으로 삽입 적용하기 위해서는 극심한 탱크의 삽입 환경에 대한 센서의 삽입 기법의 개발이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 필라멘트 와인딩된 복합재료 압력탱크의 제작 시 FBG 센서를 탱크 내부에 다중화하여 삽입적용하기 위한 기법에 대하여 연구하였다.

• Composites Research
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• 제13권2호
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• pp.51-60
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• 2000

본 논문에서는 두께 방향의 와인딩 각도 변화를 고려한 필라멘트 와인딩 된 압력탱크의 해석을 수행하였다. 두께방향의 와인딩 각도를 고려하기 위하여 임의의 맨드릴 표면에 대한 필라멘트 와인딩 궤적을 찾아낼 수 있는 semi-geodesic path식을 도입하였다. 필라멘트 와인딩 된 압력탱크의 유한요소 모델링을 위하여 3차원 적층고체요소를 사용하였으며, 상용프로그램ABAQUS를 이용하여 유한요소해석을 수행하였다. 해석에서는 모재 파손에 의한 강성저하를 모사하기 위하여 재료 비선형성을 고려하였으며, 이를 위하여 각 하중 증분 후에 섬유 수직방향 응력을 모재의 인장강도와 비교하는 최대응력파손이론을 도입하였고, 파손이 일어난 층에 대해서 모재 방향의 재료 상수를 1/10로 저하시켰다. 그리고, 점진적 파손해석을 수행한 결과를 문헌에 주어진 실험데이터와 비교하였다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2000년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.208-211
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• 2000

Processing parameters of filament winding were investigated by using design of experiment. To understand 4 main effects(fiber tension, impregnation pressure, processing rate, and temperature) and 3 interactions, $L_{27}(3^{13})$ orthogonal array table was adopted. The used materials were carbon fiber and epoxy resin. Split disk test and short-beam test, which are the general test methods for filament wound composite material, were selected as evaluation methods for a filament would part. The optimal processing parameters for the filament winding were easily found through the analysis of variance of the experimental results.

• 한국추진공학회지
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• 제21권2호
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• pp.94-101
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• 2017

토우프리프레그는 한 가닥의 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 등의 보강섬유에 일정한 비율의 수지가 미리 함침되어 있는 토우 형태의 프리프레그를 의미하며, 필라멘트와인딩 공법을 위한 중간재이다. 최근 고성능 압력용기 개발에 대한 연구가 활발해지면서 기존의 습식 필라멘트와인딩 공법을 대체할 수 있는 건식 와인딩 공법을 위한 소재인 토우프리프레그에 대한 관심이 증대되고 있다. 본 논문에서는 로켓 모터케이스, 수소연료전지 자동차용 연료탱크, 산업용 고성능 압력용기 등 성능과 신뢰성을 동시에 필요로 하는 부품 제조용 소재로 주목받고 있는 탄소섬유 토우프리프레그의 국내외 최신 연구동향에 대하여 살펴보았다.

• Composites Research
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• 제16권2호
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• pp.1-8
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• 2003

본 논문에 한국항공우주연구원에서 개발 중인 KSR-III 로켓의 탑재부 축소형 킥모터 구조 설계와 제작공정 개발 내용을 정리하였다. 경량화를 위해 복합재료를 적용하였으며, 복합재 연소관 제작에 널리 사용되는 필라멘트 와인딩 방법을 도입하였다. 복합재 구조설계에는 망목이론(netting theory)과 적층판 이론을 사용하여 요구되는 내압하중에 적합한 와인딩 두께를 결정하였고, 돔형상은 와인딩 및 맨드렐(mandrel) 제작의 편이성을 고려하여 결정하였다. 재료는 경량화를 목표로 T-800 탄소 섬유와 고온용 수지로 선정하였다. 또한 와인딩 후 맨드렐를 제거하기 위해 조립식 맨드렐을 개발하여 적용하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제17권10호
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• pp.2407-2417
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• 1993

Thermal deformations and stresses due to temperature changes are the serious problems in cryogenic structures such as the torque tube in a superconducting generator, In this paper, the equations of thermal expansion coefficients expressed only by material properties and winding angles are derived for the filament wound composite tubes. The experimental results of thermal contraction of CFRP tubes are compared with those from theoretical approach. Composite tubes with optimally regulated thermal expansion coefficient are designed on the basis of the study for the torque tube in the superconducting generator with temperature distributions varying from 300K to 4.2 K. The filament winding angle of composites resisting thermal stresses properly is sought by the finite element method using layered shell elements. The results show that the composite tubes designed for the requirements in cryogenic environments can effectively cope with the thermal stress problem.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제25권3호
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• pp.617-622
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• 2001

The purpose of this study is to design and the analyze the stress of composited shaft which is wound by filament winding method. The composites shaft has high strength and reduction in weight compared to metal shaft. The classical laminate plate theory(CLT) was used fro analysis the stress, and for structure design. In order to replace metal shaft by composites shaft, the diameter of shaft was determined to $\phi$ 40. The ration of diameter was determined to 0.4 for torsional moment with CLT. In this result of analyzing the stress, composites shaft was safe $30^{\circ}~60^{\circ}$C of winding angle, and was fractured on $90^{\circ}$.