• Composites Research
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• 제29권2호
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• pp.73-78
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• 2016

본 연구에서 다루는 탄소섬유 복합재 인라인 휠은 플라스틱 인라인 휠 허브의 기존 재질을 탄소섬유 직물/에폭시 수지로 구성된 디스크 형의 허브로 대체하는 것이다. 지면으로부터의 충격 하중은 탄소섬유 복합재 휠의 충격 성능 평가를 위해 저속 충격 시험이 수행되었고, 기존의 플라스틱 휠의 성능과 비교하여 수행되었다. 본 연구는 시험 조건으로 70 J의 충격 하중을 적용하였다. 충격 에너지는 타격 추의 높이와 무게를 조정하여 조절되었다. 탄소섬유 복합재 디스크 허브의 사용은 무게를 절감하고 실제 운행 조건과 유사한 조건인 낮은 충격에너지에서 우수한 반발력을 나타내는 것으로 확인되었다. 충격 하중에 따라 최대 하중은 비례적으로 증가하지만, 최대 하중의 성장은 20 J 충격 하중에서 감소되었고, 45 J 충격 하중에서부터 감소되는 경향의 결과를 보였다. 탄소섬유 복합재 휠은 5 J, 10 J의 충격 하중에서 전체 충격 에너지의 35.3, 19.1%가 리바운딩 되는 우수한 특성을 보였다. 반면에 20 J 이상의 충격하중에 대해서는 얇은 탄소섬유 복합재 허브의 크랙 생성으로 인해 전체 에너지의 5% 이하로 리바운드 되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.677-684
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• 2007

본 연구에서는 유리섬유시트로 휨보강된 RC 보의 파괴 양상을 분석하고, 부착파괴를 방지하기 위한 실험 연구를 수행하였다. 부착파괴를 방지하기 위한 방법으로 부착길이를 증가시키는 방법과 U형 보강 방법 및 에폭시 전단키 보강 상세에 대하여 검증하였다. 유리섬유시트의 부착길이는 콘크리트 계면과 보강재 사이의 부착강도를 가정하여 계산하였다. U형 보강 방법은 콘크리트 밑면에 부착된 유리섬유시트의 단부 혹은 중앙부를 U형으로 감싸서 보강하였다. 콘크리트 하부에 매립된 전단키는 유리섬유시트의 인장력에 대하여 충분한 부착력을 제공하도록 하였다. 단부 U 보강과 중앙부 U 보강은 부착파괴를 방지하기 위해 기존에 제안된 방법이며, 에폭시 전단키는 본 연구에서 제시된 새로운 방지 상세이다. 유리섬유시트의 부착파괴 방지 상세에 대한 효과를 검증하기 위하여 총 6개의 실험체를 제작 실험하였다. 본 실험 결과에 의하면 부착길이 및 단부 U 보강 상세를 적용하는 방법은 조기 부착파괴를 억제하지 못하는 것으로 나타났다. 반면 중앙부 U 보강 상세는 보강재를 따라 발생하는 박리균열의 진행을 억제시키기 때문에 부착파괴를 지연하는 효과가 있으며, 전단키의 경우는 부착파괴를 충분히 방지하며 유리섬유시트의 파단을 유도하는 것으로 나타났다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권4호
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• pp.497-502
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• 2013

본 논문에서는 종류가 다른 부직포가 삽입된 하이브리드 복합재료의 Mode I 층간파괴인성에 관한 연구를 수행하였다. Mode I 층간파괴인성값($J/m^2$)은 DCB실험에 의하여 얻어졌으며, 부직포를 삽입하지 않은 시편과 3종류의 부직포(8 $g/m^2$의 탄소부직포, 10 $g/m^2$의 유리부직포, 8 $g/m^2$의 폴리에스테르부직포)가 각각 삽입된 시험편에 대하여 실험을 수행하였다. 각 시험편들에 대한 Mode I 층간파괴인성값은 부직포를 삽입하지 않은 시편을 기준으로 탄소부직포를 삽입한 시편은 6.3% 감소하였고, 유리부직포를 삽입한 시편은 약 11.4% 감소한 반면 폴리에스테르부직포를 삽입한 시편은 약 69.4% 증가하였다. 폴리에스테르부직포는 탄소부직포에 비해 저렴하며 가볍고, Mode I 층간파괴인성값을 크게 증가시킴을 알 수 있었다.

• Composites Research
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• 제18권2호
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• pp.20-29
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• 2005

수지의 유리 전이화 온도$(170^{\circ}C)$ 이상에서 복합재 연소관의 굽힘 변형 및 강도를 평가하기 위해 재료의 비선형성과 연속 파손 모드가 고려된 유한요소해석모델이 제시되었고, 해석 모델의 타당성 입증을 위해 연소관과 동일 제작 공법과 적층을 가진 굽힘 시험편을 이용한 4점 굽힘 강도 시험이 수행되었다. 또한 비교해석을 위해 고온에서 복합재 재료물성 시험이 수행되었다. 수지의 유리 전이화 온도 이상에서 수지 관련 재료 물성이 현저하게 저하됨에 따라, $200^{\circ}C$에서 굽힘 시험편의 굽힘 강성은 상온 기준으로 약 $70\%$, 굽힙 강도는 약 $80\%$의 저하율을 나타내었다. 파손 모드가 수지의 유리 전이화 온도 이하에서 바닥 면의 $90^{\circ}$층수지 균열로 시작하여 시편 중앙의 층간 분리로 이어지는 연속 파손모드였으나, 유리천이온도 이상에서는 시편 표면층의 섬유 압축 파손으로 변화되었다 해석을 통해 연속 파손 모드가 잘 구현되었고, 예측한 굽힘 강도와 강성이 시험 견과와 좋은 일치를 보였다

• Composites Research
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• 제31권4호
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• pp.133-138
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• 2018

구조용 폼의 용도는 난연, 단열 기능이외에 구조적인 목적으로 공극부위를 충진시키는 용도로 사용되고 있다. 경량 소재 개발을 위해 CFRP와 구조용 폼이 이용되고 있으며, PUR, PIR, PVC, PET와 같은 대표적인 폼이 존재한다. 본 연구에서는 구조용 폼의 특성 중 강도 강화를 위한 목적으로 에폭시 폼을 개발하고자 하였다. 에폭시 조성 중 산무수물계 경화제는 기존의 폴리올과 반응을 하기 때문에 산무수물계 에폭시 수지에 발포제를 이용할 경우 폼이 형성되는지, 형성된다면, 압축특성과 포밍 형태를 관하는 연구를 진행하였다. 에폭시 폼을 형성시키기 위한 발포제의 종류에 따른 영향 및 발포재의 농도에 따라 변화되는 폼밍의 결과 차이를 분석하였으며, 산무수물계 수지의 조성차이에 따른 폼의 압축강도를 평가하였다. 궁극적으로 에폭시 폼을 최적의 발포제 선정으로 구조적 강도가 높은 폼을 형성시킬 수 있음을 확인하였으며, 기존의 구조용 폼 소재에 비해 높은 압축강도 및 비압축 강도를 가짐을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제36권1호
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• pp.16-24
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• 2023

본 논문에서는 복합재료의 섬유와 기지사이의 경계면 손상을 고려한 멀티스케일 점진적 피로 손상 모델을 제안한다. 먼저 점진적인 경계면 손상을 고려하기 위해 서로 다른 4개의 경계면 상태를 정의한 미소구조 모델을 도입하였다. 각각의 상태에 대한 부피분율은 피로 하중의 사이클 수가 증가함에 따라 온전한 상태의 계면에서 완전 박리 상태의 계면으로의 전환이 일어난다. 손상된 경계면의 에쉘비 텐서(Eshelby's tensor)를 계산하기 위해 선형 스프링 모델이 사용되었으며 균질화 방법을 통해 복합재료의 유효 물성을 얻었다. 또한 복합재료의 피로거동을 묘사하기 위해 교번 응력에 대한 섬유, 기지, 그리고 섬유-기지 간의 계면 각각에 대한 손상 변수들이 정의되었고 이를 chaotic firefly 알고리즘을 통해 손상 변수를 특성화 하였다. 제안된 모델은 유한요소해석프로그램 ABAQUS의 UMAT subroutine으로 구현되어 AS4/3501-6 복합재료의 단일방향 라미네이트(unidirectional laminate) 시편들([0]₈, [90]₈,[30]₁₆)을 통해 성공적으로 검증되었다.

• Composites Research
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• 제36권3호
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• pp.162-166
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• 2023

복합재료는 일반적인 고강도 구조체에 활용성이 증가하고 있지만 최신의 복합적인 전자기기 내부 소자 등과 같은 multifunctional 재료들의 성능 특성 요구가 증가하고 있다. 기기의 방열 특성의 경우 대표적으로 요구되는 물성인 반면 복합재료의 경우 적층 공정으로 인해 수직 방향의 열적 특성 제어는 해결해야 될 문제 중 하나이다. 본 연구에서는 vacuum filtration 방법을 이용하여 Carbon fiber reinforced polymer를 제작하였다. 복합재료 제작 공정에서는 섬유들의 분산에 활용성이 가장 뛰어난 세 가지 solvent들을 사용하여 solvent의 영향을 살펴보았다. 또한 세가지의 aspect ratio를 가지는 단섬유 carbon fiber들의 수직 방향의 배열성을 확인하기 위해 현미경을 통한 morphology를 관찰하였고 제작된 시편의 열전도도 측정을 통해 배열성을 검토하였다. 시편의 열전도도 측정 결과 단섬유 carbon fiber의 aspect ratio가 낮을수록 높은 열전도도를 보였으며 through-plane 방향의 열전도도는 DMF, NMP, Acetone 순으로 각각 8.69 W/m·K, 10.32 W/m·K, 13.01 W/m·K의 증가되는 값을 보였다.

• Composites Research
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• 제36권5호
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• pp.303-309
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• 2023

본 논문에서는 압축 하중을 받는 오픈 홀(open-hole compression) 탄소섬유 복합재(carbon fiber reinforced plastic, CFRP) 시편의 평면 내 손상(in-plane damage) 및 층간 분리(delamination)를 예측하기 위한 모델링 방법을 제안하고 유한요소해석(finite element analysis)을 수행하였다. 유한요소모델은 오픈 홀 복합재 시편의 점진적 손상 및 파손 분석(progressive damage and failure analysis)을 위해 Hashin 파손 기준(hashin failure criteria)과 표면 기반 응집 거동(cohesive behavior) 모델을 기반으로 구성되었으며 ABAQUS/EXPLICIT Solver를 활용하여 해석을 수행하였다. 유한요소해석의 타당성을 종합적으로 평가하기 위해 세 가지 유형의 적층 패턴(stacking sequences)을 가지는 오픈 홀 압축 복합재 시편에 대한 시험 결과와 비교하였다. 오픈 홀 압축 시편의 강도와 강성은 백분율 오차(percentage error) 10.0 % 미만으로 비교적 잘 예측하였으며 오픈 홀 복합재 적층판의 인장/압축 매트릭스 손상 상태 및 원공(hole) 근처의 복합재 계면 층간 분리에 대한 손상 상태를 추출하여 평가하고 분석하였다.