• Advances in concrete construction
• /
• 제9권1호
• /
• pp.43-54
• /
• 2020

This paper presents an innovative stress-function variational approach in formulating the interfacial shear and normal stresses in an externally bonded concrete joint using carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) plies. The joint is subjected to surface traction loadings applied at both ends of the concrete substrate layer. By introducing two interfacial shear and normal stress functions on the CFRP-concrete interface, based on Euler-Bernoulli beam idea and static stress equations of equilibrium, the entire stress fields of the joint were determined. The complementary strain energy was minimized in order to solve the governing equation of the joint. This yields an ordinary differential equation from which the interfacial normal and shear stresses were proposed explicitly, satisfying all the multiple traction boundary conditions. Lamination theory for composite materials was also employed to obtain the interfacial stresses. The proposed approach was validated by the analytic models in the literature as well as through a comprehensive computational code generated by the authors. Furthermore, a numerical verification was carried out via the finite element software ABAQUS. In the end, a scaling analysis was conducted to analyze the interfacial stress field dependence of the joint upon effective issues using the devised code.

• Composites Research
• /
• 제34권3호
• /
• pp.174-179
• /
• 2021

유체 이송에 사용되는 강재 파이프는 신설과 도장, 또는 부식과 노후화로 인한 제반 시설 보수에 거대한 규모의 시간과 비용이 요구된다. 이에 본 연구에서는 강재 파이프의 대체재로, 내부식성과 내화학성이 우수한 탄소섬유강화복합재료(Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP) 파이프 구조의 최적화 설계를 수행하였다. 헬리컬 패턴 표면에 후프 패턴을 혼합적층하여 내구성을 향상시켰으며, 수분 환경에서의 에폭시 흡습 현상을 억제하기 위해, 할로이사이트 나노튜브(Halloysite Nanotube, HNT)를 첨가하였다. HNT/CFRP 파이프는 필라멘트 와인딩 공정으로 제작하였으며, 기계적 물성 시험과 70℃ 고온 증류수 환경하에서 흡습 시험을 진행하였다. 그 결과, 파이프 두께의 0.6%에 해당하는 후프 패턴의 적층 시, 가장 우수한 물성을 나타냈다. 또한 0.5 wt.% HNT 첨가 시 상대적으로 높은 내흡습성을 가졌으며, 층간 계면에서의 박리 현상이 지연되어 가장 낮은 강도 저하율을 보였다.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제24권6호
• /
• pp.818-824
• /
• 2018

CFRP는 경량화 소재로 각광받고 있으며, 해양산업에서도 고급요트와 특수목적 선박 등에 사용되고 있다. 전기추진체계 또한 친환경 추진 방법으로써, 요트와 소형 여객선 등의 주 추진계로 활용되고 있다. 본 연구에서는 소형선박의 선체소재와 추진계를 각각 CFRP와 전동기로 교체하였을 때의 경량화 효과를 정량적으로 비교분석하였다. 45ft GFRP 선박을 대상으로 사례연구를 수행하였으며, 선체소재를 설계원안과 동일 함침율 기준의 CFRP로 재설계하였고, 추진계는 설계원안의 동일 마력, 항해거리를 유지할 수 있도록 전동기와 배터리 시스템을 설계하였다. 연구결과 CFRP 소재는 선각을 45 % 정도 경량화 할 수 있었고, 전기추진체계는 기관부를 58 % 경량화 할 수 있음을 확인하였다. 다만 전기추진체계의 경우, 디젤 추진체계의 항해거리를 확보하기 위하여 상당한 양의 배터리 팩을 필요로 하기 때문에, 현실적인 수준에서의 경량화 실효성은 없는 것으로 확인되었다.

• 한국철도학회논문집
• /
• 제20권4호
• /
• pp.466-473
• /
• 2017

최근 국내 철도 관련 기관에서 고속집전용 판토그래프를 개발하고 있으며, 이는 상부암의 경량화를 위하여 기존의 강재(Steel) 대신에 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)와 알루미늄의 혼성구조체를 적용한 구조를 갖는다. KTX-산천 열차의 경우, 한 대의 판토그래프를 통해서 열차에 필요한 모든 전력을 공급해야 하는 동력집중식이므로 판토그래프는 큰 통전 용량을 가져야 한다. 하지만, 알루미늄 파이프의 열적 특성 분석 없이 통전 용량을 증대시키기 위하여 파이프의 두께를 임의로 증가시키게 되면 상부암의 무게 증가로 집전성능의 저화를 초래할 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 KTX-산천 열차의 정지 상태에서 수전 시 판토그래프 상부암 혼성구조체를 이루는 알루미늄 파이프의 시간 경과에 따른 온도 특성 변화를 열해석을 통하여 분석하고, 제시된 판토그래프 통전 용량에 부합되는 알루미늄 파이프의 최소 두께의 적정성을 검토하고자 한다.

• Composites Research
• /
• 제29권6호
• /
• pp.321-327
• /
• 2016

본 연구에서는 구조재로 널리 사용되는 일방향 탄소섬유강화 플라스틱 복합재 적층구조의 충격 후 압축강도에 대한 시험 및 유한요소해석을 수행하였다. 연구에서 사용된 복합재 적층판은 적층방법에 따라 2종류로 구분되며, 각 적층판에는 4가지의 충격에너지를 적용하였다. 충격 및 압축강도 시험은 미국재료시험협회 규격을 준수하여 수행하였으며 비파괴검사 방법인 C-Scan을 통해 충격손상을 분석하고 압축시험을 통해 충격 후 압축강도를 산출하였다. 충격 및 압축강도 해석은 복합재 섬유/기지/단층/적층판 수준의 손상과 파손을 점진적으로 예측할 수 있는 점진적 파손해석을 사용하였다. 접촉하중, 처짐, 충격손상, 압축강도 등에 대한 시험 및 해석결과의 비교로부터 해석결과의 타당성을 확인하였다.

• 한국융합학회논문지
• /
• 제9권5호
• /
• pp.151-156
• /
• 2018

본 연구에서는 CFRP와 금속 또는 비금속을 접착제로 접합시켜 이 재료에 대한 파손 연구를 수행하였다. 그 해석 조건으로는 DCB 시험편을 이용하여 시험편의 상부에는 CFRP, 시험편의 하부에는 금속 또는 비금속 재료로 지정하였고 두 상부와 하부 사이를 구조용 접착제로 부착하는 것을 묘사하였다. 이 해석 결과로는 알루미늄으로 접착된 시험편에서 가장 작은 등가응력 보였고 티타늄을 사용하였을 때 박리된 CFRP시험편에서의 최대 전단응력은 가장 낮음을 보였다. 결론적으로 티타늄을 사용하였을 때 시험편의 변형이 가장 작은 것을 알 수 있었고 본 연구 결과를 토대로 접착제를 이용한 접착 계면의 파손데이터를 실생활에 융합하여 그 미적 감각을 나타낼 수 있다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제36권8호
• /
• pp.889-895
• /
• 2012

탄소섬유강화(CFRP) 복합재료는 높은 비강성과 비강도 특성을 갖고 있기 때문에 항공기, 자동차 등의 경량화가 요구되는 분야에서 금속재를 대체하여 사용 빈도가 급격히 증가하고 있다. 그 중 항공기의 경우, 동체가 고온 다습한 환경 조건에 노출되는 경우가 많기 때문에 CFRP를 이용한 항공기의 건전성 확보를 위하여 실제 환경에서의 강도 특성을 연구할 필요가 있다. 본 논문에서는 CFRP시험편을 $75^{\circ}C$의 물에 장기간 침지하였으며. 이 시험편을 이용해 침지 기간별로 인장강도를 평가하였다. 또한, SEM을 이용하여 흡습 기간에 따른 파단면의 파괴양상을 분석하였으며 300일간 침지된 시험편에 대해 응력비 R=0.1 조건으로 피로시험을 수행하여, 침지하지 않은 시험편에 비해 피로수명이 크게 저하되는 것을 확인하였다.

• Advanced Composite Materials
• /
• 제18권1호
• /
• pp.43-59
• /
• 2009

The current study assessed the effect of a bolt hole on tensile fatigue properties of CFRP laminates. Two specimens, i.e. $[(0/90)_3]S$, $[(0/45/90/-45)_2]_S$, were analyzed using a finite element method and were experimentally tested for cases, both with and without a hole, whose diameter corresponded to 0.12 times the specimen width. Delamination positions predicted by a 3-dimensional static finite element analysis were matched well to those observed by an ultrasonic imaging system in the middle of fatigue test. A hole whose diameter corresponds to 0.12 times the specimen width caused the fatigue strength to decrease by 9% and 11% under 5 Hz loading frequency, and by 22% and 25% under 10 Hz loading frequency for $[(0/90)_3]_S$ and $[(0/45/90/-45)_2]_S$, respectively. Because the decrease in sectional area due to the hole was normalized in calculation of the tensile strength, a stress concentration around the hole is believed to induce the strength degradation of fatigue specimens. From the finite element analyses, the stress concentration factor around a hole was expected as 8.8 and 9.5 for $[(0/90)_3]_S$ and $[(0/45/90/-45)_2]_S$, respectively.

• 한국항공운항학회지
• /
• 제18권4호
• /
• pp.59-66
• /
• 2010

Aerospace structures need high stability and long life because many personal injuries can result from an accident and securing structural integrity for various external environments is more important than any other thing. So first of all we must prove the destruction properties for operating environment, have prediction technology about damage evolution and life, and develop an economical non-destructive technology capable of detecting structure damage. Acoustic emission (AE) have no need of artificial environment like ultrasonic inspection or radio fluoroscopy to emit a certain energy, is a testing technique using seismic signal resulting from interior changes of solids, and enables to observe if any fault is appeared and it grows seriously or not while running. In this study we suggest the method of structural integrity evaluation for aerospace structures through the acoustic emission technique, for which a model plane was manufactured and an actual operation test was conducted.

• Steel and Composite Structures
• /
• 제21권3호
• /
• pp.573-588
• /
• 2016

Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) and Titanium Alloy (Ti6Al4V) stack, extensively used in aerospace structural components are assembled by fasteners and the holes are made using drilling process. Drilling of stack in one shot is a complicated process due to dissimilarity in the material properties. It is vital to have optimal machining condition and tool geometry for better hole quality and tool life. In this study the tool wear and hole quality were analysed by experimental analysis using three modified twist drills and online tool condition monitoring using Acoustics Emission (AE) sensor. Helix angle and point angle influence tool performance and cutting force. It was found that a tool geometry (TG1) with high helix angle of $35^{\circ}$ with low point angle $130^{\circ}$ results in reduction in thrust force of 150-500 N range but the TG2 also perform almost similar to TG1, but when compared with the AErms voltage generated during drilling it was found that progressive rise in voltage in TG1 is less with respect to TG2 which can be attributed to tool life. In process wear monitoring was done using crest factor as monitoring index. AErms voltage were measured and correlated with the performance of the drills.