• 한국항공우주학회지
• /
• 제34권9호
• /
• pp.25-32
• /
• 2006

본 연구에서는 필라멘트 와인딩하여 제작된 복합재/알루미늄 링 시편의 극저온 특성을 고찰하였다. 링 시편은 탄소섬유와 극저온용으로 개발된 Type B 에폭시 수지를 사용하여 제작되었다. 상온으로부터 -150℃까지 링 시편의 열변형률 측정 결과, 극저온 영향에 의해 복합재 내에는 압축 열응력이 발생하였으나 알루미늄 내에는 항복응력의 약 32% 크기의 인장 열응력이 발생하였다. 그리고 이는 극저온에서 알루미늄의 소성하중을 낮추는 결과를 가져왔다. 또한, 실험으로부터 얻어진 극저온 물성을 사용하여 유한요소해석을 수행한 결과, 링 시편 실험을 통해 얻어진 열변형률과 잘 일치함을 보였다. -150℃에서 split disk 치구에 장착된 복합재/알루미늄 링 시편에 6회 하중 사이클을 수행한 후, -150℃에서 인장시험을 수행하였다. 그 결과, 라이너-복합재 탱크 구조물에 대하여 자긴압력 등이 가해질 때, 극저온에서는 자긴압력에 의해 복합재 강도가 상온 보다 더 크게 저하될 수 있음을 보였다.

• Composites Research
• /
• 제21권6호
• /
• pp.23-30
• /
• 2008

본 논문에서는 자연 노화가 필라멘트 와인딩으로 제작된 압력용기의 강도 분포와 구조 사용 수명에 미치는 영향을 연구하였다. 자연 노화에 따라 변화되는 섬유 방향 파괴 변형률을 설계 확률 변수로 하는 확률 강도 해석을 수행하였다. 이때 확률강도 해석은 정확한 파열 압력을 예측하기 위해 연속 파손 모드가 고려되었고, 비선형 한계식의 해를 구하기 위해 FORM방법이 이용되었다. 해석을 통해 노화 시간별 파괴 확률 분포 선도를 구하였다. 복합재 구조물의 특성상 재료 물성 및 제작 공정 변수 영향으로 제품의 성능 변동성이 비교적 크게 나타났고, 노화로 인한 압력용기의 파열 압력 저하 현상은 대부분 10년 이내에서 발생하였다. 임의 적층의 복합재 압력 용기를 모델로 하여 수명을 평가한 결과, 파괴 확률 2.5%와 안전율 1.3을 고려한 설계 압력 3,250psi기준으로 약 13년의 사용 수명이 평가되었다.

• Composites Research
• /
• 제19권1호
• /
• pp.22-28
• /
• 2006

금속재 라이너를 갖는 복합재 압력용기는 라이너의 반복 수명 향상을 위해 제조 공정 중 라이너가 압축잔류응력을 갖도록 하는 자긴처리 공정을 적용할 수 있다. 본 연구에서는 자긴처리에 의한 라이너의 압축잔류응력과 이후의 응력 거동을 정확히 예측할 수 있는 유한요소해석 기법을 제시하고, 이러한 해석 결과를 바탕으로 복합재 압력용기의 반복 수명을 예측할 수 있는 방법을 제안한다. 재료 및 기하학적 비선형성을 고려한 3차원 비선형 유한요소해석을 통해 라이너의 응력 거동을 정확히 예측하고, 압력용기의 반복수명을 결정짓는 파라미터로 금속재 라이너의 폰미세스 응력을 도입한다. 라이너 재료에 대한 피로시험과 복합재 압력용기 시제품에 대한 반복시험을 통해 제안된 방법의 타당성과 유효성을 입증한다.

• 한국추진공학회지
• /
• 제19권5호
• /
• pp.78-83
• /
• 2015

복합재 연소관은 적층구조이므로 한 층이 손상되면 손상이 진전되어 전체 연소관의 파손이 발생한다. 금속재 라이너 위에 복합재를 와인딩하면 한 층이 손상되어도 전체 연소관의 파손이 발생되지는 않는다. 본 연구에서는 금속재 연소관에 후프 와인딩한 하이브리드 연소관의 파열압력을 예측하기 위해 유한요소해석과 연소관의 파열시험을 통하여 결과를 비교하였으며, 하이브리드 연소관의 파열압력 예측을 통하여 알루미늄 라이너의 두께를 결정하고 복합재료의 적층두께를 결정함으로써 하이브리드 연소관 설계에 사용할 수 있다.

• Composites Research
• /
• 제14권3호
• /
• pp.10-17
• /
• 2001

복합재료 압력용기를 개발하기 위하여 설계, 제작, 시험을 연계한 연구가 수행되었다. 섬유의 와인딩 패턴 및 각도는 CADFIL 코드를 활용하여 결정하였고, 그 각도는 [$liner/15^{\circ}/15^{\circ}/90^{\circ}/18^{\circ}/90^{\circ}/21^{\circ}/21^{\circ}/90^{\circ}$] 이었다. 압력용기의 제작은 5축 필라멘트 와인딩기를 활용하여 이루어졌다. 제조 공정 중에 광섬유 센서를 매립하여 내부 압력이 가해질 때 각 지점에서 스트레인을 측정하였다. 광섬유가 실험적으로 사용된 반면에 일반적으로 적용하는 스트레인 게이지를 부착하여 안정적인 시험결과를 확보하였다. 가압 시험결과는 유한요소 해석 결과와 비교하였고 그 결과는 유사한 일치를 보여주었다. 이 과정을 통하여 개구부 한개를 지닌 복합재료 압력용기의 설계, 제작 및 시험평가가 성공적으로 이루어져 제조기술의 확보가 가능하였다.

• 항공우주기술
• /
• 제9권1호
• /
• pp.72-77
• /
• 2010

필라멘트 와인딩으로 제작된 고체 모터 연소관의 구조강성저하 평가 및 파열특성을 확인하기 위한 수압시험을 수행하였다. 본 연소관의 파손 요구조건으로서 운용 중 최대 예상압력(MEOP)의 1.5배 이상의 압력에서 실린더 파손이 일어나야함을 제시하였다. 해석 결과 연소관의 내부압력이 2088psig 일 때 실린더층의 섬유가 끊어지는 것으로 나타났으며 수압시험을 수행하여 2200psig 수준에서 실린더 부위가 파손됨을 검증하였다. 또한 제작 후 1년 정도 경과 후에도 강성저하가 없음을 알 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
• /
• pp.835-837
• /
• 2017

본 연구에서는 필라멘트 와인딩을 이용한 원통형 복합재 격자구조체의 제작 공정을 서술하였다. 원통형 복합재 격자구조체는 크게 네 단계의 제작 공정을 통해 제작된다. 격자 형상을 갖는 실리콘 금형을 맨드릴에 설치하고 연속 섬유를 실리콘 금형 위에 와인딩 한다. 섬유의 와인딩 후 모든 영역에서 동일한 두께를 갖도록 섬유 교차부의 압착 공정을 수행한다. 마지막으로 복합재 격자구조체를 오븐에서 경화하고 금형을 탈형한다. 제작된 제품의 치수는 설계 사양과 비교하여 2.4%의 오차가 발생하는 것을 확인하였다.

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

• 대한토목학회논문집
• /
• 제28권6A호
• /
• pp.861-872
• /
• 2008

콘크리트충전 유리섬유 복합소재 튜브는 좋은 내구성과 심한 부식환경에서 견딜 수 있는 높은 화학적인 저항성으로 인해서 해양구조물에서 종종 사용된다. 이 연구는 원형 콘크리트충전 유리섬유 복합소재 튜브에 대한 다양한 실험을 수행하고 결과를 분석한다. 유리섬유 직포 수적층, 필라멘트 와인딩 적층을 압축을 받는 관의 바깥 튜브로 사용하는 경우에 고려해야 하는 몇 가지 측면을 실험 분석한다. 이 연구의 목적은 다음과 같다: (1) 유리섬유 층의 필라멘트 와인딩 각도의 효율성 검증 (2) GFRP 적층수가 강도 및 최고 변형률에 미치는 영향 평가 (3) 단부 재하조건이 구속효과 및 파괴양상에 미치는 영향 파악, 그리고 (4) 구속 상태에서 콘크리트의 응력-변형률 거동을 모사하는 해석적인 모델 제시이다. 세 가지 서로 다른 종류의 섬유 구성이 사용되었다: 직포층, ${\pm}45^{\circ}$ 필라멘트 와인딩 층, 그리고 ${\pm}85^{\circ}$ 필라멘트 와인딩 층. 각 층은 독립적으로 혹은 복합적으로 함께 사용되었다. 시편의 비 및 지름이 서로 다른 경우도 실험하였다. 총 27개의 GFRP 튜브 시편을 이용해서 인장 실험을 수행하였고, 66개의 콘크리트충전 GFRP튜브 시편을 이용해서 압축 실험을 수행하고 결과를 분석하였다. 구속상태의 콘크리트 응력-변형률 거동을 모사하는 해석적인 모델 및 영향계수를 제시하였다.

• 대한기계학회논문집
• /
• 제17권8호
• /
• pp.2051-2060
• /
• 1993

A finite element program using degenerated shell element was developed to solve the geometric, material and combined nonlinear behaviors of composite laminated shell. The total Lagrangian method was implemented for geometric nonlinear analysis. The material nonlinear behavior was analyzed by considering the matrix degradation due to the progressive failure in the matrix and matrix-fiber interface after initial failure. The result of the geometric nonlinear analysis showed good agreement with the other exact and numerical solutions. The results of the combined analyses considered both geometric and material nonlinear analyses were compared with the experiments in which internal pressure was applied to the filament wound antisymmetric tubes.