• Composites Research
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• 제18권1호
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• pp.1-9
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• 2005

본 논문에서는 복합재료 접합 조인트의 다양한 파손 모드를 고려하여 파손 강도를 예측할 수 있는 방법을 제시하였다. 제시된 방법에서는 접착제의 탄성-완전 소성 재료 모델과 층간분리 파손 식을 이용해 접착제 파손 하중과 복합재료 부재의 층간분리 파손 하중을 동시에 계산하였다. 제시된 방법을 유한요소해석에 도입하여 복합재료 Single-Lap 접합조인트의 파손 예측을 수행하였으며 시험결과와 비교하였다 이를 통해 본 방법이 다양한 접합 방법에 따른 실제적인 파손모드 및 파손 하중을 정확하게 예측할 수 있음을 확인하였다. 또한 접착제의 유효강도(또는 접착 성능) 및 소성거동이 복합재료 접합 조인트의 파손 특성에 미치는 영향을 수치적으로 평가하였다. 이를 통해, 복합재료 접합조인트의 파손 강도는 접착제의 접착 성능과 항상 비례하지 않으며 층간분리 파손과 접착제 파손이 동시에 발생하도록 하는 것이 접합 조인트의 강도를 최대로 향상시킬 수 있음을 보였다.

• Composites Research
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• 제22권2호
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• pp.7-13
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• 2009

복합재료가 항공기 구조물 및 기계 부품 등에 폭 넓게 적용됨에 따라, 복합재료 구조들에서 가장 취약한 복합재료 체결부의 설계는 매우 중요한 연구분야로 대두되긴 있다. 본 논문에서는 접착 체결구조와 기계적 체결구조의 조합으로 되어 있는 하이브리드 조인트의 파손강도를 평가하고 예측하였다. 피착제의 두께, w/d, e/d가 서로 다른 10가지 하이브리드 조인트 시험편을 제작하여 평가하였다. 접착 체결구조와 기계적 체결구조의 파손 판정을 위해 파손영역법과 파괴면적지수법이 각각 적용 되었으며, 두 체결부위 중 어느 한족이 먼저 파손기준에 도달할 경우, 하이브리드 조인트가 파손되었다고 가정하였다. 이상의 실험과 해석결과로부터, 하이브리드 조인트 시편의 파손강도는 25.5%, 오차 범위 내에서 예측할 수 있었다.

• 한국철도학회논문집
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• 제13권6호
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• pp.546-551
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• 2010

본 연구에서는 단일겹치기 접착 체결부에 대한 유한요소해석을 통해 요소의 조밀도 및 유한요소의 종류에 따른 접착 층의 변형률 분포를 Tsai의 시험치 와 비교하여 분석하였다. 이를 위해 접합부재의 길이방향, 접착체결부의 길이방향, 접합부재의 두께방향, 접착 층의 두께방향 및 조인트의 폭방향의 요소 조밀 도를 변화시켰다. 또한, 솔리드, 쉘 및 평면 변형률 요소에 따른 효과도 분석하였다. 해석은 단일 겹치기 접착 체결부의 대변형을 고려하기 위한 기하학적 비선형 해석을 수행하였다. 이를 통해 솔리드 요소를 적용할 경우 접착부재의 길이방향으로의 요소 수는 최소 2개 이상이면 해석의 신뢰도를 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다. 쉘 요소의 겨우 x/c=1에서 수직 변형률의 시험결과와 22.8%의 오차를 보였으나, 전단응력의 경우에는 1.67%로 시험치와 거의 일치하였다.

• 한국철도학회논문집
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• 제14권2호
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• pp.94-99
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• 2011

본 연구에서는 GFRP/Mg 단일겹치기 접착 조인트의 접착부재 형상에 따른 응력집중 완화효과를 평가하였다. 이를 위해 6가지 서로 다른 접착부재의 끝단부 형상에 대해 비선형 유한요소 해석을 수행하였다. 또한, 서로 다른 끝단부 형상에 따른 접착층내 응력의 3차원 구 배를 고찰하였다. 해석결과, 접착부재가 순방향 테이퍼를 갖고 필렛이 없는 모델 (모델 2번)이 가장 높은 응력 값을 보였다. 반면, 사각형 접착부재에 필렛이 부과된 모델 (모델 3번)과 역방향 테이퍼를 갖고 필렛이 부과된 모델 (모델 5번)은 기준모델에 비해 65.7%와 65.6%의 응력저감 효과가 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제35권3호
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• pp.204-211
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• 2007

연구에서는 5가지의 접착길이를 갖는 탄소 복합재-알루미늄 단일겹침 체결부에 대한 실험을 통해 단일겹침 접착 체결부의 파손양상 및 강도를 연구하였다. 시편은 필름 형태의 접착제인 FM73m을 사용하여 이차접착으로 제작하였다. 실험 결과, 이종재료 접착 체결부의 강도는 금속-금속 체결부의 강도보다는 낮고, 복합재-복합재 체결부의 강도보다는 높게 나타났다. 접착길이 대 폭의 비가 1보다 작은 경우, 접착길이의 증가가 강도 저하에 미치는 영향이 컸지만, 접착길이 대 폭의 비가 커질수록 접착길이의 효과는 줄어드는 것으로 나타났다. 모든 시편은 최종적으로 층간분리의 형태로 파손되었다. 따라서 고강도 접착제를 사용한 체결부의 강도향상을 위해서는 적층판의 층간분리 파손을 지연시킬 수 있는 설계가 중요할 것으로 판단된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권9호
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• pp.841-850
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• 2008

본 연구에서는 탄소 복합재와 알루미늄 2024-T3 단일겹침 체결부에 대해, 체결방법을 접착, 리벳, 리벳/접착 하이브리드의 세 가지로 변화시키면서 체결방법에 따른 파손하중과 파손모드를 실험을 통해 연구하였다. 세 가지 체결방법에 대해 각각 겹침길이 3가지와 적층순서 2가지, 총 82개의 시편을 제작하였다. 접착제는 FM73m, 리벳은 NAS9308-4-03을 사용하였다. 접착 체결과 하이브리드 체결에서는 겹침길이가 커짐에 따라 파손하중이 증가하였고, 리벳 체결에서는 겹침길이에 따른 파손하중 변화가 나타나지 않았다. 단순 접착 및 리벳 체결부에서는 적층순서에 따른 일관된 경향을 발견하기 어려운 반면, 하이브리드 체결부에서는 인접층의 적층각 차이가 작은 적층판을 사용한 체결부의 파손하중이 높게 나타났다. 접착 체결과 하이브리드 체결의 주된 파손모드는 층간분리이고 리벳 체결은 국부적 베어링 파손을 동반한 리벳 파손으로 나타났다.

• Steel and Composite Structures
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• 제17권5호
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• pp.601-621
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• 2014

Repairing and strengthening structural members by bonding composite materials have received a considerable attention in recent years. The major problem when using bonded FRP or steel plates to strengthen existing structures is the high interfacial stresses that may be built up near the plate ends which lead to premature failure of the structure. As a result, many researchers have developed several analytical methods to predict the interface performance of bonded repairs under various types of loading. In this paper, a numerical solution using finite - difference method (FDM) is used to calculate the interfacial stress distribution in beams strengthened with FRP plate having a tapered ends under thermal loading. Different thinning profiles are investigated since the later can significantly reduce the stress concentration. In the present theoretical analysis, the adherend shear deformations are taken into account by assuming a parabolic shear stress through the thickness of both beam and bonded plate. The shear correction factor for I-section beams is also included in the solution. Numerical results from the present analysis are presented to demonstrate the advantages of use the tapers in design of strengthened beams.

• Advances in materials Research
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• 제7권1호
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• pp.29-44
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• 2018

In this paper, a closed-form rigorous solution for interfacial shear stress in simply supported beams strengthened with bonded prestressed E-FGM plates and subjected to an arbitrarily positioned single point load, or two symmetric point loads is developed using linear elastic theory. This improved solution is intended for application to beams made of all kinds of materials bonded with a thin plate, while all existing solutions have been developed focusing on the strengthening of reinforced concrete beams, which allowed the omission of certain terms. The theoretical predictions are compared with other existing solutions. Finally, numerical results from the present analysis are presented to study the effects of various parameters of the beams on the distributions of the interfacial shear stresses. The results of this study indicated that the E-FGM plate strengthening systems are effective in enhancing flexural behavior of the strengthened RC beams.

• Composites Research
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• 제33권5호
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• pp.296-301
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• 2020

적층복합재는 면내 방향의 물성은 우수하지만 두께 방향의 물성이 취약하여 굽힘, 비틀림하중이 가해질 때 층간 분리(Delamination) 현상이 쉽게 나타난다. 층간 분리 현상을 지연하는 복합재의 두께 방향 물성 보강법으로는 Z-pinning, Stitching, Tufting 등이 있으며, 대표적으로 Z-pinning과 Stitching 공법을 많이 사용한다. Z-pinning 공법은 prepreg의 두께 방향으로 금속 핀이나 카본 핀을 적용하여 보강하는 공법이고, Stitching 공법은 프리폼에 상부 및 하부 섬유를 교차시켜 두께방향으로 기계적 강도를 향상시키는 방법이다. 본 논문에서는 Z-pinning과 Stitching 공법의 단점을 보완 및 개선한 I-fiber stitching 공법을 제안하였으며, 본 공법이 적용된 복합재 Single-lap joint의 정적 강도를 평가하였다. Single-lap joint 시편은 오토클레이브 진공백 공정을 사용하여 동시경화법으로 제작하였다. 복합재 시편 두께는 고정하였으며, Stitching 패턴(5×5, 7×7)과 삽입 각도(0°, 45°)를 변화시켜가며 총 5 종류의 시편을 제작하였다. 시험 결과, I-fiber stitching 공법을 적용한 시편의 파손하중은 보강하지 않은 시편의 파손하중 대비 최대 143% 증가하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권12호
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• pp.1591-1597
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• 2012

복합재료 접합부의 접착강도에 대한 접착면 성질의 영향을 알아 보기 위해 불포화폴리에스테르, 우븐과 매트 유리섬유를 사용하여 복합재료 접합시편들을 제작하였다. 접착제, 복합재료 접착물, 말단접합과 이차접합 시편들의 기계적 성질을 실험에 의해 구하고 실험결과를 접합이론에 적용하였다. 6 개의 접합부들에서 발생하는 최대 및 평균 전단 응력은 최대 인장력과 접합 시편의 기하학적 변수들로부터 계산되었다. 실험 결과 접합면을 연마한 후 아세톤으로 처리한 경우가 말단접합의 3 가지 형태 중 가장 큰 강도를 가지고 있음이 관찰되었다. 마찬가지로 매트-매트와 매트-우븐 접합이 거의 같은 값으로 이차 접합의 3 가지 형태 중 가장 큰 강도를 가지고 있었다. 반대로 아무 처리도 하지 않은 접합시편과 우븐-우븐 접합시편은 매우 낮은 강도를 가졌다. 각각의 경우 파손은 접합부 양끝에서 심하게 발생하였고 접합부 가운데로 이동하였다.