• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제9권4호
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• pp.569-577
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• 2021

현대 건설산업의 주 사용재료인 철근콘크리트는 철근과 콘크리트 사이의 부착이 용이하며, 두 부재간의 열팽창계수가 비슷하다는 장점을 가지고 있다. 하지만 철근은 각종 환경요인에 의하여 부식되는 단점을 가지고 있다. 철근 부식은 철근의 표면을 팽창시키게 되며, 콘크리트와의 부착응력에 영향을 주며 균열을 발생시키는 원인이 된다. 이러한 철근콘크리트의 단점을 보완하기 위하여 FRP 합성재료의 개발 연구가 진행되고 있다. FRP 합성재료는 높은 인장강도, 비부식성, 비 전자기성을 갖는 특징이 있다. 기존의 FRP 합성재료를 이용한 보강근은 현장에서 절단 및 구부리기가 용이하지 못하다는 단점을 가지고 있기 때문에 CFRP 보강근을 황용하는 연구가 진행되고 있다. CFRP 보강근 자체 인발시험, 부착응력, 묻힘길이 실험은 지속되어 왔지만 콘크리트 성능에 따른 부착특성에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 강도에 따른 CFRP 보강근의 부착특성 검토하기 위한 실험적 연구를 진행하였다. 그 결과, 콘크리트 강도에 따른 CFRP 부착특성은 물/시멘트비가 증가할수록 부착응력과 비교하여 미끌림 길이가 증가하는 것으로 나타났다. 또한 단위수량에 따른 CFRP 부착특성은 단위수량이 높아 질수록 부착응력이 약간 씩 감소하는 것을 알 수 있었다. 향후 CFRP 보강근의 부착강도 특성 분석에 있어서, 미끌림이 발생하지 않도록 CFRP 보강근의 최적의 묻힘 길이 등에 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단된다.

• 예술인문사회 융합 멀티미디어 논문지
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• 제7권11호
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• pp.925-932
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• 2017

본 연구에서는 복합재료들 중 단방향성 탄소섬유강화플라스틱(UD CFRP)에서의 적층각도에 따른 비틀림을 받는 판의 해석을 수행하였다. UD CFRP의 경우에는 적층각도에 따른 물성치가 달라진다. 그리고 연구 모델들에서 탄소 섬유의 적층각도는 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90° 로 지정하였다. 중앙부에는 리벳이나 볼트가 사용될 것으로 가정하여 노치홀을 적용하였다. ISO 15310에서의 실험 방식을 적용하여 해석 방법을 사용했다. 하부에서 2개의 지그를 고정하고 상부에서 2개의 지그를 하강한다. 본 연구에서의 해석 결과값을 보았을 때, 적층각도가 45°일 경우가 파단 부위에 나타나는 전단응력이 254.74MPa로 가장 작은 값으로 나타남을 보였다. 따라서 비틀림이 작용할 때, 45°의 적층각도의 경우가 다른 적층각도에 비하여 더 높은 구조안전성과 내구성을 가졌음을 알 수 있었다. 이러한 결과는 CFRP 판에 비틀림이 작용할 때 그 내구성에 기여할 수 있는 기반 데이터로 적용될 수 있다고 사료된다.

• 한국안전학회지
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• 제31권3호
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• pp.16-21
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• 2016

Carbon Fiber Reinforced Plastic(CFRP) composite with a higher specific strength and rigidity is more excellent than conventional metallic materials or other organic polymer of FRP. It has been widely used in vehicles, aerospaces and high technology industries which are associated with nuclear power fields. However, CFRP laminated composite has several disadvantages as like a delamination, matrix brittleness and anisotropic fibers that are the weak points of the crack initiation. In this present work, the reinforced silicon carbide(SiC) particles were added to the interlayer of CFRP laminates in order to mitigate the physical vulnerability affecting the cracking and breaking of the matrix in the CFRP laminated composite because of excellent specific strength and thermal shock resistance characteristics of SiC. The 1wt% of SiC particles were spread into the CFRP prepreg by using a spray coating method. After that, CFRP prepregs were laminated for the specimen. Also, the twill woven type CFRP prepreg was used because it has excellent workability. Thus the mechanical and fracture behaviors of the twill woven CFRP laminated composite reinforced with SiC particles were investigated with the acoustic emission(AE) method under a fracture test. The results show that the SiC particles enhance the mechanical and fracture characteristics of the twill CFRP laminate composite.

• Advances in nano research
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• 제13권3호
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• pp.285-295
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• 2022

Creation of plastic deformation under seismic loads, is one of the most serious subjects in RC structures with steel bars which reduces the life threatening risks and increases dissipation of energy. Shape memory alloy (SMA) is one of the best choice for the relocating plastic hinges. In a challenge to study the seismic response of concrete moment resisting frame (MRF), this article investigates numerically a new type of concrete frames with nano fiber reinforced polymer (NFRP) and shape memory alloy (SMA) hinges, simultaneously. The NFRP layer is containing carbon nanofibers with agglomeration based on Mori-Tanaka model. The tangential shear deformation (TASDT) is applied for modelling of the structure and the continuity boundary conditions are used for coupling of the motion equations. In SMA connections between beam and columns, since there is phase transformation, hence, the motion equations of the structure are coupled with kinetic equations of phase transformation. The Hernandez-Lagoudas theory is applied for demonstrating of pseudoelastic characteristics of SMA. The corresponding motion equations are solved by differential cubature (DC) and Newmark methods in order to obtain the peak ground acceleration (PGA) and residual drift ratio for MRF-2%. The main impact of this paper is to present the influences of the volume percent and agglomeration of nanofibers, thickness and length of the concrete frame, SMA material and NFRP layer on the PGA and drift ratio. The numerical results revealed that the with increasing the volume percent of nanofibers, the PGA is enhanced and the residual drift ratio is reduced. It is also worth to mention that PGA of concrete frame with NFRP layer containing 2% nanofibers is approximately equal to the concrete frame with steel bars.

• 한국융합학회논문지
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• 제9권2호
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• pp.177-182
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• 2018

본 논문에서는 CFRP로 구성된 항공 드론 프레임의 수직 낙하충격으로 인한 CFRP적층구조에서의 파손거동을 해석적 연구를 통해 파악하였다. 기존 플라스틱 재료와 달리 CFRP는 섬유로 구성되어 파손거동이 복잡하다. 따라서 이에 대한 실험에 앞서 해석적 연구를 통해 선행 연구가 중요하다. 본 연구의 결과로서 기존의 연구모델과 비교하여 보면, 같은 조건으로 중앙 노치구멍을 가진 적층된 CFRP 드론 프레임의 해석모델에서 가해진 응력의 값이 크게 줄어듬을 볼 수 있었다. 본 연구 결과를 토대로 드론프레임의 노치구멍에 관한 기반데이터를 융합기술에 접목함으로서 그 미적인 감각을 나타낼 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.253-263
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• 2007

기존의 많은 연구에서 비구속 콘크리트에 비해 FRP로 구속된 콘크리트는 강도 및 연성의 탁월한 증진 효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 그러나, FRP로 구속된 콘크리트에 대한 보강 설계 시 구속 효과에 의한 정확한 평가가 요구된다. 따라서, 본 연구에서는 FRP로 구속된 콘크리트의 강도 및 변형률을 예측하고자 하였다. 이를 위해서 102개의 실험체를 제작하여 일축압축실험을 수행하였으며 축하중, 축방향 변형률 및 횡방향 변형률을 측정하였다. 또한, 보다 정확한 극한응력과 변형률 예측식을 개발하기 위하여 기존 연구 결과를 이용하였다. 본 연구에서는 FRP로 구속된 콘크리트의 압축강도 실험을 통해 강도 및 변형률 예측 모델을 제안하였다. 제안된 식은 기존의 설계식에 비해 극한응력과 파괴 변형률을 보다 정확하게 예측하였다. 결과적으로, 본 연구에서 제안된 식은 구속된 콘크리트의 보수 보강을 위한 응력-변형률 모델에 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제25권10호
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• pp.1514-1519
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• 2001

This paper is concerned with design, manufacturing and performance test of LIPCA ( Lightweight Piezo- composite Curved Actuator) using a top carbon fiber composite layer with near -zero CTE(coefficient of thermal expansion), a middle PZT ceramic wafer and a bottom glass/epoxy layer with high CTE. The main point of this design is to replace the heavy metal layers of THUNDER by thigh tweight fiber reinforced plastic layers without losing capabilities to generate high force and large displacement. It is possible to save weight up to about 30% if we replace the metallic backing material by the light fiber composite layer. We can also have design flexibility by selecting the fiber direction and the size of prepreg layers. In addition to the lightweight advantage and design flexibility, the proposed device can be manufactured without adhesive layers when we use epoxy resin prepreg system. Glass/epoxy prepregs, a ceramic wafer with electrode surfaces, and a graphite/epoxy prepreg were simply stacked and cured at an elevated temperature (177 $^{circ}C$ after following an autoclave bagging process. It was found that the manufactured composite laminate device had a sufficient curvature after detached from a flat mold. The analysis method of the cure curvature of LIPCA using the classical lamination theory is presented. The predicted curvatures are fairly in agreement with the experimental ones. In order to investigate the merits of LIPCA, a performance test of both LIPCA and THUNDE$^{TM}$ were conducted under the same boundary conditions. From the experimental actuation tests, it was observed that the developed actuator could generate larger actuation displacement than THUNDERT$^{TM}$.

• 한국건설관리학회논문집
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• 제5권6호
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• pp.212-217
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• 2004

이 연구는 같은 위치에 힘모멘트와 전단력이 최대가 되는 철근콘크리트 보에 대하여 휨모멘트 보강을 실시하는 경우, 탄소 섬유판의 두께와 하중점 부위 및 탄소섬유판의 끝부분을 감싸는 탄소섬유쉬트의 겹수를 변수로 하여 보의 구조적 거동을 실험하였다. 탄소섬유판의 두께의 증가에 따라 내력이 증가하였으나 선형적으로 비례하지 않았으며, 하중점에 감싼 탄소섬유쉬트의 영향은 뚜렷하게 나타나지 않았다 이 는 보강시험의 주된 파괴가 탄소섬유판의 파단이 아닌 하중점 주위에서의 휭-전단균열에서부터 층분리가 시작되었고 하중점을 탄소섬유쉬트로 감싼 경우 휭-전단균열 탄소섬유쉬트의 바깥 부분으로 이동하기 때문이다. 또한 탄소섬유판 단부에 정착용으로 시공한 탄소섬유쉬트는 하중점에서 발생한 취성파괴로 인하여 큰 효과를 나타내지 못하였다. 그러므로 재하상태에 따른 설계방법을 다르게 할 필요가 있으며, 특히 같은 위치에서 휨모멘트와 전단력이 최대가 되는 경우 탄소섬유판의 유효 두께는 최대 0.6mm로 하고 무보강보의 휨모멘트에 대한 보강된 보의 휨모멘트 비는 1.5-2.0으로 제한하는 것이 바람직하며, 0.6mm이상의 탄소섬유판을 사용하기 위하여 탄소섬유쉬트로 하중점을 보강하는 경우 무보강보 휨모멘트의 1.5 배가 되는 위치이상 탄소섬유쉬트를 연장하는 것이 바람직하다.

• 비파괴검사학회지
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• 제31권1호
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• pp.62-67
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• 2011

모의 낙뢰시험에 의해 충격손상을 입은 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 복합재료의 잔류압축강도를 평가하는 시험(CAI) 중 손상부의 거동을 음향방출(AE)법으로 관찰하였다. CFRP 시편은 ITO 나노입자를 탄소섬유에 직접 코팅한 CFRP prepreg를 이용하여 만들었고, 모의 낙뢰시험은 고전압 대전류 인가장치(ICG)를 이용하여 시편에 10~40 kA의 충격파 전류를 인가하여 실시하였다. ITO 나노입자 코팅의 효과와 인가전류의 세기에 따른 손상영역의 크기와 잔류압축강도를 AE 거동과 연관하여 평가하였다. 손상영역의 크기는 초음파 C-scan 영상을 이용하여 측정하였으며, AE events 수와 AE event가 발생하기 시작할 때의 압축응력 수준을 연관시킨 결과 ITO 나노입자 코팅 CFRP의 경우 상대적으로 손상이 작고 훨씬 높은 용력수준에서 AE가 발생하기 시작하였다. CAI시험 중 AE측정은 실제로 낙뢰손상을 입은 복합재 동체 구조물의 손상된 정도를 구별하는 데 유용한 지표로 활용될 수 있음을 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.218-225
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• 2021

본 연구에서는 CFRP Grid를 보강근으로 적용한 1방향 콘크리트 슬래브 실험체에 대하여 균열의 발생에서부터 파괴시까지의 비탄성 거동 특성 예측을 위한 합리적인 해석적 방안을 제시하는 것을 목표로 한다. CFRP grid 보강량, 재료물성 및 하중재하 방법을 주요 실험 변수로 Zhang et al.(2004) 수행한 총 4개의 검증 대상 실험체를 선정하였다. 해석은 저자 등에 새로이 제안된 구성관계식과 재료모델을 적용한 비선형 유한요소해석 프로그램 RCAHEST을 통해 수행하였다. 실험과 해석으로부터의 최대 모멘트 및 대응 변위에 대한 평균과 변동계수는 각각 1.38와 13%로 예측하였다. 실험과 해석으로부터의 최대 모멘트에 대응하는 변위에 대한 평균과 변동계수는 1.41과 9.8%로 예측하였다. 균열의 발생에서 파괴시까지의 거동 특성에 대한 예측 결과를 검증하고 평가하였다. 추후, 다양한 실험 결과의 확보 및 보다 신뢰도 높은 해석 기법 개발을 위한 추가적인 연구 수행이 필요한것으로 판단된다.