• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제80권5호
• /
• pp.503-522
• /
• 2021

This paper investigates experimentally and numerically the influence of drilling process on the mechanical and thermomechanical behaviors of woven glass fiber reinforced polymer (GFRP) composite plate. Through the experimental analysis, a CNC machine with cemented carbide drill (point angles 𝜙=118° and 6 mm diameter) was used to drill a woven GFRP laminated squared plate with a length of 36.6 mm and different thicknesses. A produced temperature during drilling "heat affected zone (HAZ)" was measured by two different procedures using thermal IR camera and thermocouples. A thrust force and cutting torque were measured by a Kistler 9272 dynamometer. The delamination factors were evaluated by the image processing technique. Finite element model (FEM) has been developed by using LS-Dyna to simulate the drilling processing and validate the thrust force and torque with those obtained by experimental technique. It is found that, the present finite element model has the capability to predict the force and torque efficiently at various drilling conditions. Numerical parametric analysis is presented to illustrate the influences of the speeding up, coefficient of friction, element type, and mass scaling effects on the calculated thrust force, torque and calculation's cost. It is found that, the cutting time can be adjusted by drilling parameters (feed, speed, and specimen thickness) to control the induced temperature and thus, the force, torque and delamination factor in drilling GFRP composites. The delamination of woven GFRP is accompanied with edge chipping, spalling, and uncut fibers.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
• /
• 제44권1호
• /
• pp.30-39
• /
• 2016

구조용 집성재 라멘 접합부에 일반적으로 사용되는 접합철물을 대신하여 단판과 Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP)를 복합시킨 GFRP 보강적층판과 삽입 접착형 GFRP rod를 접합물로 사용하여 낙엽송 집성재 문형라멘 구조의 수평가력 성능평가를 실시하였다. 실험결과 GFRP rod와 에폭시 접착제를 이용한 삽입 접착형 접합부는 기존의 접합철물을 이용한 실험체와 비교하여 항복내력, 종국내력, 초기강성이 각각 49%, 52%, 61% 낮게 측정되었다. 이러한 접합부는 GFRP rod와 집성재 간의 접착력이 중요한 내력 기구로 현장적용 시 문제가 발생할 수 있는 가능성이 크다고 판단된다. 반면, GFRP 보강적층판과 목재(Eucalyptus marginata)핀을 이용한 실험체는 집성재 슬릿 접합부의 단면적 손실이 큼에도 불구하고 항복내력, 종국내력, 초기강성, 소성률이 전부 3% 이내로 측정되었다. 게다가 사이클에 대한 강성변화율도 35%로 가장 낮게 측정되며 접합철물을 이용한 실험체와 거의 동등한 성능을 발휘한 것을 확인하였다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
• /
• 제43권6호
• /
• pp.868-875
• /
• 2015

목구조물 접합부에 기존의 슬릿(slit)형 강판을 대체하기 위해서 FRP (Fiber Reinforced Plastic) 보강적층판을 제작하였다. 보강재, 접착제 종류에 따라 총 4가지 타입의 FRP 보강적층판을 제작하였으며, 접합부 적용 전 KSF 3021과 KSF 2160에 의거한 박리실험과 ASTM D5045-99에서 제안한 Compact Tension (CT)형 파괴인성 시험을 실시하였다. 접착성능 시험결과 GFRP textile, GFRP sheet, GFRP Textile-Sheet 타입의 FRP 보강적층판은 침지 및 내수침지박리 시험에서 모두 KS 기준인 박리율 5% 이하를 만족하였다. 그러나 Aramid 타입의 시험편은 침지박리율 4.8%로 기준을 만족하였으나 내수침지박리율 70%로 합격기준을 만족하지 못하였다. 파괴인성 시험결과 단판만을 교차적층 시킨 대조군시험편보다 목재 대비 보강재 체적비를 23%로 함으로서 FRP 보강적층판의 내력이 2~4배 증가하였다. 그중에서도 GFRP Textile-Sheet 타입의 시험편이 하중 평행방향의 유리섬유 배열로 인해 할렬파단을 억제하면서 대조군 대비 응력확대계수 비가 61% 증가되어 파괴를 가장 크게 억제하는 것으로 확인되었다. FRP 보강적층판과 비금속 dowels을 사용한 접합부의 인장형 전단내력은 금속접합에 비해 약 12% 낮은 내력이 측정되었다.

• 수산해양기술연구
• /
• 제44권3호
• /
• pp.250-256
• /
• 2008

Generally the side plate materials of FRP ship are composed of glass fiber and unsaturated polyester resin composites(GFRP composites). In this study, the effect of applied load and sliding speed on friction and wear characteristics of these materials were investigated at ambient temperature by pin-on-disc friction test. The cumulative wear volume, friction coefficient and wear rate of these materials for SiC abrasive paper were determined experimentally. The cumulative wear volume showed a tendency to increase nonlinearly with increase of sliding distance and was dependent on applied load and sliding speed for these composites. The friction coefficient of GFRP composites was increased as applied load increased at same sliding speed in wear test. It was verified by SEM photograph of worn surface that major failure mechanisms were microfracture, deformation of resin, cutting and cracking.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제28권6호
• /
• pp.667-674
• /
• 2015

본 논문은 유공형 판 형태로 전단보강한 넓은 보의 전단파괴 실험을 수행하여 넓은 보의 거동을 평가하였다. 무보강 시험체, 유공형 강판으로 전단보강된 시험체 5개와 유공형 GFRP로 보강된 시험체 5개 총 11개의 시험체를 전단파괴 실험을 통해 계측한 전단강도와 ACI-318 규준의 설계식을 통해 얻은 전단강도와 비교 평가하였다. 또한 넓은 보의 전단보강재의 재료, 종방향 전단보강재의 간격과 횡방향 전단보강재의 간격을 변수로 하여 넓은 보의 거동과 전단강도에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 통해 종방향과 횡방향 전단보강재 간격이 줄어들수록 전단강도가 증가하고 사인장 균열이 적게 발생하는 것을 확인하였다. 또한 전단보강재의 재료인 강재와 GFRP에 상관없이 전단보강량이 동일하다면 넓은 보에서 비슷한 전단보강효과를 보이는 것을 확인하였다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
• /
• 제45권1호
• /
• pp.28-35
• /
• 2017

본 연구에서는 접합부가 접착제로 일체화된 강절형 기둥-보 접합 시험편과 슬릿 가공한 보부재에 기둥부재와 일체화된 목질접합물을 삽입하고 핀으로 접합한 시험편을 제작하여 모멘트 저항성능을 검토하였다. 목질접합물은 GFRP로 보강한 적층판을 제작하여 사용하였다. 슬릿 가공된 보부재에 GFRP보강적층판을 삽입하고 핀으로 접합된 기둥-보 시험편들은 완전탄소성 모델 분석으로 산출된 특성치들이 대조군인 강판삽입형 기둥-보 시험편보다 20~80% 낮게 측정 되었다. 기둥부재와 보부재가 접착제로 일체화된 강절형 기둥-보 시험편은 초기잔류변형이 거의 관찰되지 않았으며, 강판 삽입형 접합부보다 38% 향상된 초기강성과 41% 향상된 소성률이 측정되었다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제20권6호
• /
• pp.765-772
• /
• 2008

철근콘크리트 구조물은 일반적으로 재료적 특성에 따른 크리프 및 건조수축으로 인하여 장기변형이 발생하며, 이러한 변형으로 인한 구조물의 처짐을 허용 한계 이하로 유지시키는 것이 사용성 확보 측면에서 중요하다 할 수 있다. 노후된 RC보의 성능 개선을 위하여 다양항 보수 보강 방법이 사용되고 있으며 이중 대표적인 방법으로 FRP 외부부착 공법이 있다. 재료적인 성질이 우수한 FRP는 RC구조물의 보강 재료로써 현재 널리 사용되고 있으며, 일시적인 하중 뿐만 아니라 지속 하중 하에서도 향상된 보강 성능을 제공해야 한다. 따라서 FRP가 외부 부착된 RC 부재에 지속 하중이 작용할 때 콘크리트의 크리프 및 건조수축의 영향으로 인한 시간 의존적 장기 거동을 정확히 예측하는 방법이 필요하다. 본 논문에서는 FRP가 외부 부착된 RC보의 장기 처짐 예측을 위해서, CFRP와 GFRP로 보강된 실험체를 제작하고, 25 kN의 지속하중을 470일간 가하여 시간 변화에 따른 처짐을 측정하였다. 또한, 이러한 처짐의 예측을 위하여 ACI-209 code 및 CEB-FIP code에 근거하여 크리프계수와 건조수축변형률을 산정하였으며, EMM과 AEMM을 사용한 ACI-318기준, Branson's method 그리고, Mayer's method를 사용하여 FRP가 외부 부착된 RC보의 장기 처짐을 예측하였다. 실험 결과, CFRP보 보강된 실험체가 가장 높은 장기 사용성을 보였으며, Mayer's method가 장기처짐에 대한 실험값을 가장 근사하게 예측한다는 것을 확인할 수 있었다.

• Steel and Composite Structures
• /
• 제9권6호
• /
• pp.569-584
• /
• 2009

Corrosion of steel rebars in bridge decks which are faced to harsh conditions, is a common problem in construction industries due to the porosity of concrete. In this research, the behavior of one-way concrete slabs reinforced with Glass fiber reinforced polymer (GFRP) molded grating is investigated both theoretically and experimentally. In the analytical method, a closed-form solution for load-deflection behavior of a slab under four-point bending condition is developed by considering a concrete slab as an orthotropic plate and defining stiffness coefficients in principal directions. The available formulation for concrete reinforced with steel is expanded for concrete reinforced with GFRP molded grating to predict ultimate failure load. In finite element modeling, an exact nonlinear behavior of concrete along with a 3-D failure criterion for cracking and crushing are considered in order to estimate the ultimate failure load and the initial cracking load. Eight concrete slabs reinforced with steel and GFRP grating in various thicknesses are also tested to verify the results. The obtained results from the models and experiments are relatively satisfactory.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제73권6호
• /
• pp.631-640
• /
• 2020

Using backup plate is one of the most commonly used methods to decrease drilling-induced delamination of composite laminates. It has been shown that, the size of the delamination zone is related to the vertical element of cutting force named as thrust force. Also, direct control of thrust force is not a routine task, because, it depends on both drilling parameters and mechanical properties of the composite laminate. In this research, critical feed rate and thrust force are predicted analytically for delamination initiation in drilling of composite laminates with backup plate. Three common theories, linear elastic fracture mechanics, classical laminated plate and mechanics of oblique cutting, are used to model the problem. Based on the proposed analytical model, the effect of drill radius, chisel edge size, and backup plate size on the critical thrust force and feed rate are investigated. Experimental tests were carried out to prove analytical model.

• International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
• /
• 제8권4호
• /
• pp.38-44
• /
• 2007

Combat vehicles are frequently maneuvered in battlefields when the lives of combatants are being threatened. These vehicles are important elements that influence the consequences of a battle. Their armor must be lightweight and provide excellent protection to ensure successful operations. Ceramic composite armor has recently been developed by many countries to fulfill these requirements. We reviewed previous research to determine an effective armor design, and then fabricated a composite armor structure using $Al_2O_3$ and glass fiber-reinforced polymer. Specimens were manufactured under controlled conditions using different backing plate thicknesses and bonding methods for the ceramic layer and the backing plate. The penetration of an armor-piercing bullet was evaluated from ballistic protection tests. The bonding method between the ceramic layer and the fiber-reinforced polymer influenced the ballistic protection performance. A bonding layer using rubber provided the best protection.