• Composites Research
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• 제24권5호
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• pp.9-16
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• 2011

본 논문은 샌드위치 복합재 틸팅열차의 충돌안전도 평가 및 성능 향상방안에 대해 서술하고 있다. 차체 구조물에 적용된 샌드위치 복합재는 알루미늄 하니컴 심재와 유리섬유 및 카본/에폭시 적층 복합재 면재로 이루어져있다. 충돌해석은 외연유한 요소 해석 프로그램인 LS-DYNA3D를 이용하였다. 이때, 유한요소모델링과 충돌해석 계산시간의 절약을 위하여 3차원 유한요소모델과 1차원 등가 모델을 적용하였다. 틸팅열차의 충돌 조건은 철도안전법에 명시하고 있는 4가지 충돌사고 시나리오를 고려하여 해석을 수행하였다. 충돌해석 결과 시나리오-2를 제외한 나머지 충돌 시나리오에서 성능 요구조건을 만족하였다. 충돌 시나리오-2의 충돌안전도 요구조건을 충족하기 위하여 전두부의 적층복합재 커버와 금속프레임의 강성 향상방안을 제안하였으며, 결과적으로 충돌 시나리오-2의 요구조건을 만족하였다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2010년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.1231-1235
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• 2010

The tensile failure behavior of polymer matrix composite materials was investigated with the aid of a nondestructive evaluation (NDE) technique. The materials, E-glass fiber reinforced epoxy matrix composites, which are applicable to carbody materials in railway vehicles to reduce weight, were used for this investigation. In order to explain stress-strain behavior of polymer matrix composite sample, the infrared thermography technique was employed. A high-speed infrared (IR) camera was used for in-situ monitoring of progressive damages of polymer matrix composite samples during tensile testing. In this investigation, the IR thermography technique was used to facilitate a better understanding of damage evolution, fracture mechanism, and failure mode of polymer matrix composite materials during monotonic loadings.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2005년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.251-255
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• 2005

본 연구는 한국형 틸팅 차량의 하이브리드 복합재 차체에 대한 비용 모델링과 전주기 평가{LCA}를 기존 차체 재질인 스틸 및 알루미늄 재질과 병행하여 수행였다. 원자재 생산에서 차체제작, 수명이 끝나는 시점까지의 사용에 대한 모든 단계에서의 비용을 분석했다. 개발과정을 거쳐 향후 양산 예정인 5년 동안 년간 90대정도의 생산량에 대해 금속 차체, 2종의 복합재 차체에대해 비교하였다. 2종의 복합재 차체는 하이브리드 스틸-복합재 구조와 전체 복합재 차체를 나타낸다. 또한, 이 두 경우 모두에 대해 오토클레이브, 진공 성형, 레진 인퓨젼 공법의 성형에 대해 분석하였다. 제작시의 모든 성형 공법에 대해 하이브리드 차체는 전체 복합재 차체보다 4${\sim}$6 % 비용이 낮았다. 전체 복합재 차체의 경우, 레진 인퓨젼의 경우가 오토클레이브에 대해서는 11%낮은 가장 낮은 제작 비용이 소요되었다. 비용-전주기 분석을 통해 전체 복합재 차체는 가장 높은 제작비용이 소요되고 사회 경제학적 측면에서 전체 전주기 비용과 환경영향은 단순 차량 구입 비용보다 더 중요한 변수이며 전체 복합제 차체가 분명한 최적의 해답 임을 확인하였다.

• 한국철도학회논문집
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• 제8권6호
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• pp.573-580
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• 2005

Model I interlaminar fracture behaviors of the carbon/epoxy composite, one of the candidate composites for a tilting train carbody, were investigate by the use of DCB(Double cantilever beam) specimens. These specimens were made of CF3327 plain woven fabric with epoxy resin, and an artificial starter delamination was fabricated by inserting Teflon film with the thickness of $12.5{\mu}m$ of $25.0{\mu}m$ at the one end of the specimen. Mode I interlaminar fracture toughness was evaluated for the specimens with the different thickness of an inserter. Also delamination propagating behaviors and interlaminar fracture surface were examined through an ooptical travelling scope and a scanning electron microscope. We found that abruptly unstable crack propagation called as stick-slip phenomena was observed. In addition, interlaminar fracture behaviors were affected on the location and the morphology of a crack tip as well as an interface region.

• International Journal of Railway
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• 제1권3호
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• pp.113-116
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• 2008

The long-tenn exposure of polymeric composite materials to extreme-use environments, such as pressure, temperature, moisture, and load cycles, results in changes in the original properties of the material. In this study, the effect of combined environmental factors such as ultraviolet ray, high temperature and high moisture on mechanical and thermal analysis properties of glass fabric and phenolic composites are evaluated through a 2.5 KW accelerated environmental aging tester. The environmental factors such as temperature, moisture and ultraviolet ray applied of specimens. A xenon-arc lamp is utilized for ultraviolet light and exposure time of up to 3000 hours are applied. Several types of specimens - tensile, bending, and shear specimens that are warp direction and fill direction are used to investigate the effects of environmental factors on mechanical properties of the composites. Mechanical degradations for tensile, bending and shear properties are evaluated through a Universal Testing Machine (UTM). Also, storage shear modulus, loss shear modulus and tan a are measured as a function of exposure time through a Dynamic Mechanical Analyzer (DMA). From the experimental results, changes in material properties of glass fabric and phenolic composites are shown to be slightly degraded due to combined environmental effects.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.852-858
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• 2007

The durability of carbon/epoxy composites under salt water environment was investigated through salt water spray tester. Salt water environment was obtained through salt spray and salt immersion. 5% NaCl solution was used for salt water as natural salt water. Mechanical test was performed to obtain tensile properties, flexural properties, and shear properties of carbon/epoxy composite over 12 months under salt water environment. Dynamic mechanical analyzer was used to investigate thermal analysis properties such storage modulus, loss modulus, and tan ${\delta}$. Also FT/IR test was conducted to investigate a change in chemical structure. According to the results, mechanical properties were found to be slowly degraded as a function of exposure times. Regarding to thermal analysis properties, storage modulus was insensitive to exposure times, but loss modulus was shown to be slightly decreased. Although the shape and location of peak in FT/IR were not much changed, the intensity of peak in FT/IR was affected on exposure times. We also found that salt water immersion was more severe to the durability of carbon/epoxy composite rather than salt water spray.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2005년도 추계학술대회 논문집
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• pp.1103-1108
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• 2005

본 연구는 한국형 틸팅 차량의 복합재 적용 차체에 대한 비용 모델링과 전주기 평가(LCA)를 수행하였다. 원자재 생산에서 차체 제작, 수명이 끝나는 시점까지의 사용에 대한 모든 단계에서의 비용을 분석했다. 5년 동안 년간 90대의 생산량에 대한 금속 차체, 2종의 복합재 차체에 대해 비교하였다. 2종의 복합재 차체는 하이브리드 스틸-복합재 구조와 전체 복합재 차체를 나타낸다. 또한, 이 두 경우 모두에 대해 오토클레이브, 진공 성형, 레진 인퓨젼 공법의 성형에 대해 분석하였다. 제작시의 모든 성형 공법에 대해 하이브리드 차체는 전체 복합재 차체 보다 $4\~6\%$ 비용이 낮았다. 전체 복합재 차체의 경우, 레진 인퓨젼의 경우가 오토클레이브에 대해서는 $11\%$ 낮은 가장 낮은 제작 비용이 소요되었다. 비용-전주기 분석을 통해 전체 복합재 차체는 가장 높은 제작비용이 소요되고 사회 경제학적 측면에서 전체 전주기 비용과 환경영향은 단순 차량 구입 비용보다 더 중요한 변수이며 전체 복합재 차체가 분명한 최적의 해답 임을 확인하였다.

• 한국철도학회논문집
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• 제11권4호
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• pp.357-363
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• 2008

본 연구에서는 염수분무환경에 노출된 철도차량 차체용 탄소섬유/에폭시 복합재의 내구성을 조사하였다. 염수환경시험을 위해서는 해수와 가장 유사하도록 5% 염화나트륨 염수용액을 제조하여 사용하였다. 본 연구에 적용된 시편은 T700 탄소섬유직물을 에폭시 수지에 함침시킨 형태의 복합재 평판에서 채취하였다. 기계적 특성 시험을 통해 인장특성, 굽힘특성, 전단특성을 평가하였으며 동역학 측정장치를 통해 저장탄성계수, 손실탄성계수, 그리고 tan $\delta$ 등의 열분석 특성을 평가하였다. 또한 적외선 분광분석을 통해 노출기간에 따른 화학구조 변화도 조사하였다. 연구결과에 따르면 강화섬유가 지배적인 역할을 하는 기계적 특성은 염수환경에 영향을 받지 않지만 수지가 지배적인 역할을 하는 기계적 특성은 노출기간이 길어짐에 따라 점차 감소하는 양상을 나타낸다. 저장탄성계수는 노출기간에 큰 영향을 받지는 않지만 유리전이온도는 염수환경에 영향을 받으며 노출기간이 길어지면 감소하는 양상을 나타낸다. FT/IR 선도에서 관찰된 피크의 세기는 노출기간에 다소 영향을 받지만 피크의 형상과 위치는 노출 기간에 따른 변화가 관찰되지 않는다. 이로 미루어 볼 때 본 연구에 적용된 탄소섬유/에폭시 복합재는 염수환경에 비교적 안정함을 알 수 있다.