• 한국항공우주학회지
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• 제41권2호
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• pp.91-97
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• 2013

고온에서 열분해 과정을 겪는 복합재료의 탄화 및 삭마 과정의 표면 침식은 주로 두께 방향으로 진행된다. 본 논문에서는 다공성 복합재료의 면내 및 두께 방향 거동을 효과적으로 기술하기 위하여 분리-혼합 기법을 적용하였다. 섬유와 기지로 구성된 복합재료의 횡방향 등방성 가정을 통해 분리-혼합 방정식을 삼차원으로 확장하였으며, 기공 압력, 열팽창, 열분해 과정의 수축 효과를 포함하였다. 다공성 복합재료의 대표 체적 요소를 유한요소법으로 해석하여 면내 및 두께 방향의 물성 값을 상호 비교함으로써, 확장된 분리-혼합 기법의 타당성을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권3호
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• pp.133-140
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• 2018

본 논문은 $Ni-A{\ell}_2O_3$로 구성된 금속-세라믹 이종 입자복합재의 2차원 미세구조(microstructure) 생성과 미세구조 스케일(scale)에 따라 정의되는 계층적 모델들의 역학적 특성 분석에 관한 내용이다. 이종 입자복합재의 미세구조는 수학적인 MDF(random morphology description functions) 모델링기법을 복합재의 2차원 RVE(representative volume element) 영역에 적용하여 생성하였다. 그리고 미세구조 생성에 필요한 가우스 함수들의 개수에 따라 미세구조의 계층적 모델을 정의하였다. 한편 임의 미세구조 내 금속과 세라믹 입자가 차지하는 체적분율(volume fraction)은 RMDF 함수의 레벨을 조정함으로서 설정하였다. RMDF기법에 의한 미세구조들은 가우스 함수들의 개수가 일정할지라도 랜덤하게 생성된다. 이렇게 랜덤하게 생성되는 미세구조들을 2차원 보(beam) 모델에 적용하여 미세구조의 스케일에 따른 수직응력과 전단응력의 계층적 변동을 수치 해석적으로 고찰하였다. 또한, 균열해석을 통해 RMDF의 랜덤성과 가우스 함수들의 개수가 균열선단에서의 응력값에 미치는 영향을 고찰하였다.

• Smart Structures and Systems
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• 제12권5호
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• pp.579-594
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• 2013

A new enthalpy - based procedure for the homogenization of the electromechanical material parameters of composite piezoelectric modules with integrated electrodes is presented. It is based on a finite element (FE) modeling of the latter's representative volume element (RVE). In contrast to most previously published homogenization approaches that are based on averaged quantities, the presented method uses a direct evaluation of the electromechanical enthalpy. Hence, for the linear orthotropic piezoelectric composite behavior full set of elastic, piezoelectric, and dielectric material parameters, 17 load cases (LC) are used where each load case leads directly to one material parameter. This gives the possibility to elaborate a very strict and easy to program processing. In conjunction with the 17 LC, the enthalpy - based homogenization is particularly suitable for laminated composite piezoelectric modules with integrated electrodes. In this case, the electric load has to be given at the electrodes rather than at the RVE FE model boundaries. The proposed procedure is validated through its comparison to literature available results on a classical 1-3 piezoelectric micro fiber (longitudinally polarized) reinforced composite and a $d_{15}$ shear piezoelectric macro-fiber (transversely polarized) composite module.

• Composites Research
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• 제32권5호
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• pp.206-210
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• 2019

직조 구조의 복합재의 쓰임이 자동차, 항공 산업 등 여러 분야로 확장됨에 따라, 직조 복합재의 신뢰성 문제 및 물성예측에 대한 필요성이 대두되었다. 본 연구에서는 직조 구조가 다른 복합재료의 물성 예측을 위한 유한요소해석을 수행하여 실험으로 얻은 정적 물성과의 유사성을 검증하였고, 효과적인 모델링 방법을 개발하였다. 직조 구조의 특성을 반영하기 위하여 모델링은 메소 스케일의 대표 체적 요소(RVE)를 이용하였다. 섬유 다발과 순수 기지를 분리하여 3차원 모델링을 진행하였다. 하신 파괴 기준(Hashin's failure criteria)을 적용하여 요소의 파괴 유무를 판단하였고, 해석 모델은 복합재에 적합한 점진적 파괴 모델을 사용하였다. 최종적으로, 직조 구조에 따른 복합재의 물성을 성공적으로 예측하여 본 모델링 및 해석 기법에 대한 적합성을 검증하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제72권6호
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• pp.713-722
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• 2019

Micromechanics is a technique for the analysis of composites or heterogeneous materials which focuses on the components of the intended structure. Each one of the components can exhibit isotropic behavior, but the microstructure characteristics of the heterogeneous material result in the anisotropic behavior of the structure. In this research, the general mechanical properties of a 3D anisotropic and heterogeneous Representative Volume Element (RVE), have been determined by applying periodic boundary conditions (PBCs), using the Asymptotic Homogenization Theory (AHT) and strain energy. In order to use the homogenization theory and apply the periodic boundary conditions, the ABAQUS scripting interface (ASI) has been used along with the Python programming language. The results have been compared with those of the Homogeneous Boundary Conditions method, which leads to an overestimation of the effective mechanical properties. According to the results, applying homogenous boundary conditions results in a 33% and 13% increase in the shear moduli G₂₃ and G₁₂, respectively. In polymeric composites, the fibers have linear and brittle behavior, while the resin exhibits a non-linear behavior. Therefore, the nonlinear effects of resin on the mechanical properties of the composite material is studied using a user-defined subroutine in Fortran (USDFLD). The non-linear shear stress-strain behavior of unidirectional composite laminates has been obtained. Results indicate that at arbitrary constant stress as 80 MPa in-plane shear modulus, G₁₂, experienced a 47%, 41% and 31% reduction at the fiber volume fraction of 30%, 50% and 70%, compared to the linear assumption. The results of this study are in good agreement with the analytical and experimental results available in the literature.