• Composites Research
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• 제22권6호
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• pp.13-17
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• 2009

본 연구에서는 컴퓨터 단층촬영 장비의 크레이들에 대한 샌드위치 복합재 3차원 형상을 결정하였고, 유한요소해석을 통해 구조성능 기준을 만족하는 적층 패턴을 제안하였으며, 균일한 X선 투과 성능을 만족하는 생산공법을 제안하였다. 크레이들 설계는 다른 부품과의 공간, 고정 방법, 헤드레스트 부품과의 조립조건을 고려하였다. 정해진 위치에 135 kg 하중이 가해질 때, 크레이들 끝단부 처짐이 20 mm 이하인 기준을 만족하는 적층패턴을 결정하였다. 생산공법 측면에서 우선 카본 소재/폴리에스터 수지로 핸드레이업을 하였으나, 기포 및 과잉수지로 불균일한 X선 투과성능을 보였다. 이를 해결하기 위해 첫 번째 층은 동일소재를 인퓨전 공법으로 하고 나머지 층은 카본 소재/에폭시 수지의 프리프레그 적용으로 X선 투과성능을 개선하였다.

• Composites Research
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• 제31권3호
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• pp.88-93
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• 2018

본 연구에서는 입자크기가 서로 다른 할로이사이트 나노튜브(Halloysite nanotube, HNT)와 밀드 카본(Milled carbon, MC) 강화 복합재료를 사용하여 손상된 복합재료 적층판을 계단형 패치 보수법에 따라 수리하고, 손상된 면과 수리면 사이의 접합 계면에 입자가 미치는 기계적, 구조적 영향을 분석하였다. 이 때, 고온고습의 가혹한 수분 환경에 장시간 노출시켜 손상된 판을 형성하는 기존 재료와의 상대적인 재료 물성 회복률을 비교하였으며 기계적 물성 시험을 통해 성능평가를 실시하였다. 그 결과 $70^{\circ}C$ 고온 증류수에서 HNT는 입자 첨가량에 따라 흡습률이 MC에 비해 뚜렷한 차이를 보였으며 인장강도와 굽힘강도의 경우, 대체적으로 HNT로 강화된 복합재를 사용하여 보수한 시험편이 흡습 전과 후 모두 높은 수치를 나타냈다. 특히, 0.5, 1 wt. %의 HNT가 첨가되었을 때 흡습률이 가장 적었고 이는 기계적 강도 증가에 관여하는 하나의 요인으로 작용하였다. 반면 MC는 소량만으로도 높은 흡습 저항성을 나타냈으며 하중의 방향에 따라 강도의 차이가 발생했다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제18권2호
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• pp.236-244
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• 2017

In this study, the high-velocity impact penetration behavior of $[45/0/-45/90]_{ns}$ carbon/epoxy composite laminates was studied. The considered configuration includes a spherical steel ball impacting clamped circular laminates with various thicknesses and diameters. First, the impact experiment was performed to measure residual velocity and extent of damage. Next, the impact experiment was numerically simulated through finite element analysis using LS-dyna. Three-dimensional solid elements were used to model each ply of the laminates discretely, and progressive material failure was modeled using MAT162. The result indicated that the finite element simulation yielded residual velocities and damage modes well-matched with those obtained from the experiment. It was found that fiber damage was localized near the impactor penetration path, while matrix and delamination damage were much more spread out with the damage mode showing a dependency on the orientation angles and ply locations. The ballistic-limit velocities obtained by fitting the residual velocities increased almost linearly versus the laminate diameter, but the amount of increase was small, showing that the impact energy was absorbed mostly by the localized impact damage and that the influence of the laminate size was not significant at high-velocity impact.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제15권6호
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• pp.11-17
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• 2012

The one way fluid structure interaction analysis on advanced propeller blade for next generation turboprop aircraft. HS1 airfoil series are selected as a advanced propeller blade airfoil. Adkins method is used for aerodynamic design and performance analysis with respect to the design point. Adkins method is based on the vortex-blade element theory which design the propeller to satisfy the condition for minimum energy loss. propeller geometry is generated by varying chord length and pitch angle at design point. Blade sweep is designed based on the design mach number and target propulsion efficiency. The aerodynamic characteristics of the designed Advanced propeller were verified by CFD(Computational Fluid Dynamic) and showed the enhanced performance than the conventional propeller. The skin-foam sandwich structural type is adopted for blade. The high stiffness, strength carbon/epoxy composite material is used for the skin and PMI(Polymethacrylimide) is used for the foam. Aerodynamic load is calculated by computational fluid dynamics. Linear static stress analysis is performed by finite element analysis code MSC.NASTRAN in order to investigate the structural safety. The result of structural analysis showed that the design has sufficient structural safety. It was concluded that structural safety assessment should incorporate the off-design points.

• Steel and Composite Structures
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• 제44권1호
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• pp.105-117
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• 2022

Impact resistance efficiency of the newly designed sandwich beam with a laterally arched core as bio-inspired by the woodpecker is numerically investigated. The principal components of the beam comprise a dual-core system sandwiched by the top and bottom laminated CFRP skins. Different materials, including hot melt adhesive, high-density polyethylene (HDPE), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), epoxy resin (EPON862), aluminum (Al6061), and mild carbon steel (AISI1018), are considered for the side-arched core layer of the beam for impact efficiency assessment. The aluminum honeycomb takes the role of the second core. Contact force, stress, damage formation, and impact energy for beams equipped with different materials are examined. A diversity in performance superiority is noticed in each of these indicators for different core materials. Therefore, for overall performance appraisal, the impact resistance efficiency index, which covers several chief impact performance parameters, of each sandwich beam is computed and compared. The impact resistance efficiency index of the structure equipped with the AISI1018 core is found to be the highest, about 3-10 times greater than other specimens, thus demonstrating its efficacy as the optimal material for the bio-inspired dual-core sandwich beam system.

• Composites Research
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• 제36권1호
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• pp.1-15
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• 2023

미래모빌리티의 발전 기대에 따라 에너지 소비 절감에 대한 수요가 증가하고 있다. 경량구조용소재는 온실가스 배출 감소 및 에너지 효율 향상을 위한 방안으로 알려져 있다. 특히, 섬유강화복합재료(FRP, fiber reinforced polymer composite)는 뛰어난 기계적 특성 및 낮은 무게로 인해 기존 합금을 대체할 수 있는 소재로 주목받는다. 본 논문에서는, 탄소섬유강화복합재료(CFRP, carbon FRP) 및 자기강화복합재료(SRC, self-reinforced composite)의 산업 적용 및 연구 동향을 강화재, 고분자 매트릭스 및 공정에 기반하여 검토하였다. 항공분야에서 주로 활용되는 에폭시 수지 기반 오토클레이브 공법의 높은 공정단가 및 긴 제조시간을 극복하기 위하여, 속경화성 에폭시 수지를 이용한 고압수지이송성형 공정으로 CFRP가 적용된 전기자동차의 양산을 보고하였다. 또한, 탄소섬유복합재료의 재활용 이슈를 해결하기 위한 열가소성 수지 기반 CFRP 및 계면 향상 방안들이 재료 및 공정 측면에서 검토되었다. FRP의 우수한 기계적 특성을 유도하는 주요한 요인으로 알려진 완벽한 매트릭스-강화재 계면을 형성하기 위하여, 고분자 섬유에 동일한 매트릭스를 함침시킨 SRC에 대한 연구들이 보고되고 있다. 다양한 열가소성 고분자에 기초한 SRC의 물리적 및 기계적 특성들을 고분자 배향 및 복합재료 구조 측면에서 검토하였다. 또한, 고연 신 폴리프로필렌 섬유 기반 SRC의 공정창 확장을 위한 공중합체 매트릭스 전략이 논의되었다. 경량구조용소재의 CFRP 및 SRC 적용은 미래모빌리티의 에너지 효율 향상에 대한 잠재적인 선택을 제공할 수 있다.

• 수산해양기술연구
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• 제32권4호
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• pp.402-410
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• 1996

Recently carbon fiber reinforced plastic(CFRP) has been used structural materials in corrosive environment such as for water, chemical tank and chemical pipes. However, mechanical properties of such materials may change when CFRP are exposed to corrosive environment for long periods of time. Therefore, it is important to understand the effect of moisture absorption on mechanical properties of the CFRP. In this study, degradation behavior of immersed carbon fiber/epoxy resin composite material was investigated using acoustic emission(AE) technique. Fracture toughness test are performed on the compact tension(CT) test specimens that are pilled by two types of laminates $[0^{\circ}_2$/$90^{\circ}_2]_3s$ and $[0^{\circ}_2$/$90^{\circ}_2]_6s$During the fracture toughness test, AE test was carried out to monitor the damage of CFRP by moisture absorption. In spite of the change of moisture absorption rate, the fracture toughness of CFRP was not change. As immersion time increased, AE event count numbers decreased in low amplitude range of AE for amplitude distribution histogram. The event in low amplitude range was known to be generated by debonding of matrix-fiber interface. Therefore, decrease of AE event count numbers in low amplitude range represents that debonding of matrix-fiber interface which was probably generated by moisture absorption.

• Composites Research
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• 제37권1호
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• pp.15-20
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• 2024

수소탱크의 잔류응력은 내구도와 직접적인 관련이 있기 때문에 안전을 위해 이를 줄이는 것이 매우 중요하다. Type II~IV 수소탱크는 섬유에 수지를 함침시켜 라이너에 감는 필라멘트 와인딩 공법으로 제작하게 된다. 필라멘트 와인딩에서 잔류응력은 경화조건, 섬유 인장 등에 영향을 받게 되는데, 본 연구에서는 탄소섬유 필라멘트 와인딩 공정을 이용한 Type III 수소탱크 제작 시 경화조건이 잔류응력에 미치는 영향을 분석하였다. 먼저 에폭시 수지의 경화거동을 시차주사열량계를 이용하여 분석하였다. 이를 통해 경화온도를 140℃로 설정하였다. 같은 경화시간 동안 140℃에 먼저 도달하는 2-stage 경화조건과, 보다 늦게 도달하는 4-stage 경화조건으로 각각 시편을 경화시켰다. 경화 후 복합재 부분의 잔류응력을 ring slitting 법으로 측정하였고, 이 실험값을 수치해석적인 값과 비교하였다. 그 결과, 경화조건 최적화에 따른 유의미한 잔류응력의 차이가 발생함을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제35권3호
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• pp.139-146
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• 2022

본 연구에서는 CNT섬유에 적합한 복합소재 공정방법에 대해 연구하였다. CNT섬유가 아직 초기 연구단계로 생산성이 낮아 직조나 스티칭된 UD필름 제작이 어려운 점을 감안, 연구단계에서 적용 가능한 CNT섬유 복합소재 제조법을 개발하고자 하였다. 기존의 CNT섬유 기반 복합소재는 생산성 이슈 및 공정 적용의 어려움으로 인해 주로 single filament composite의 형태로 제조하거나 filament winding법을 이용하여 제조되고 있었으나, 본 연구를 통해서 필름 형상으로 준비된 CNT섬유에 수지를 함침한 후 바로 복합소재화 할 수 있는 공정을 개발할 수 있었다. CNT섬유에는 내부에 수많은 나노포어가 존재하기 때문에 이 부분에 수지가 함침됨에 따라 성형된 복합소재에서 수지의 비율이 과도하게 올라가는 문제가 있기 때문에, 이를 해결하는 것이 가장 핵심적인 이슈라 할 수 있다. VaRTM을 통해서 가해지는 압력은 과량의 수지 제거에는 충분하지 않았으며, 높은 힘으로 누르는 hot press 공정과, 섬유는 고정하면서 과량의 수지를 제거할 수 있는 폼 소재를 도입함으로써 높은 섬유비율을 가지는 CNT 섬유 복합소재를 제조할 수 있었다. 최종적으로 희석된 수지까지 이용하였을 때, 58.5 wt%의 질량비의 섬유로 구성된 CNT섬유 복합소재를 제조할 수 있었고, 비강도는 0.525 N/tex를 달성하였다. 본 연구는 향후 CNT섬유 복합소재 제조에 적용할 수 있는 새로운 공정 방법을 제시하였다.

• 한국생산제조학회지
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• 제21권6호
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• pp.1003-1007
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• 2012

A nondestructive technique would be very useful. Advanced NDE T-ray (terahertz ray) techniques of technology and instrumentation has provided a probing field on the electromagnetic spectrum. However, the T-ray is limited in order to penetrate a conducting material to some degree. Here, the T-ray would not go through easily the CFRP composite laminates since carbon fibers are electrically conducting while the epoxy matrix is not. So, investigation of terahertz time domain spectroscopy (THz TDS) was made and reflection and transmission configurations were studied for a 48-ply thermoplastic PPS(poly-phenylene sulfide)-based CFRP solid laminate. It is found that the electrical conductivity of CFRP composites depends on the direction of unidirectional fibers.