• Steel and Composite Structures
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• 제32권5호
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• pp.559-569
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• 2019

The bond strength between composite laminates and concrete is a key factor that controls the behavior of concrete members strengthened with fiber reinforced polymer (FRP) sheets, which can be affected by several parameters such as thermal stresses and surface preparation. This article presents the result of an experimental study on the bond strength between FRP sheets and concrete at ambient temperature after specimens had been exposed to elevated temperatures of up to $200^{\circ}C$. For this purpose, 30 specimens of plain concrete with dimensions of $150{\times}150{\times}350mm$ were prepared. Three different conventional surface preparation methods (sandblasting, wire brushing and hole drilling) were considered and compared with a new efficient method (fiber implantation). Deformation field during each experiment was monitored using particle image velocimetry. The results showed that, the specimens which were prepared by conventional surface preparation methods, preserved their bond integrity when exposed to temperature below glass transition temperature of epoxy resin (about $60^{\circ}C$). Beyond this temperature, the bond strength and stiffness decreased significantly (about 50%) in comparison with control specimens. However, the specimens prepared by the proposed method displayed higher bond strengths of up to 32% and 90% at $25^{\circ}C$ and $200^{\circ}C$, respectively.

• Composites Research
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• 제31권5호
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• pp.186-191
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• 2018

복합재료 기지재의 화학적 조성을 다르게 했을 때 염수처리 후 복합재료의 상태 및 물성을 파악하였다. 기지재는 2가지 종류의 에폭시 기지재와 3가지 종류의 경화제(아민계, 산 무수물계, 그리고 아마이드계) 이용하여 기지재의 유연성을 조절하였다. 각 복합재료에 염수 가속화 실험을 위해 염화나트륨 6 wt% 조건에 $60^{\circ}C$ 가하여 0, 15, 30일 처리하였다. 처리 후에 복합재료의 단면적을 관찰하였고, 기계 및 계면 평가를 실시하였다. 아민계를 이용한 복합재료의 가교밀도, 기계 및 계면 물성이 가장 좋은데 반해, 수분흡수율은 가장 작은 것을 확인하였다. 이는 물분자가 유리섬유와 다른 가교밀도의 에폭시 기지재간의 계면으로 침투가 어렵기 때문이다. 이는 복합재료가 염수에 잘 견딜 수 있는 요인으로 작용할 수 있다.

• 한국정밀공학회지
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• 제20권1호
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• pp.205-213
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• 2003

The fiber reinforced composite material is widely used in the multi-industrial field where the weight reduction of the infrastructure is demanded because of their high specific modulus and specific strength. It has two main merits which are to cut down energy by reducing weight and to prevent explosive damage preceding to the sudden bursting which is generated by the pressure leakage condition. Therefore, Pressure vessels using this composite material in comparison with conventional metal vessels can be applied in the field such as defense industry, aerospace industry and rocket motor case where lightweight and the high pressure are demanded. In this paper, for nonlinear finite element analysis of E-glass/epoxy filament winding composite pressure vessel receiving an internal pressure, the standard interpretation model is developed by using the ANSYS, general commercial software, which is verified as the accuracy and useful characteristic of the solution based on Auto LISP and ANSYS APDL. Both the preprocessor for doing exclusive analysis of filament winding composite pressure vessel and postprocessor that simplifies result of analysis have been developed to help the design engineers.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제18권6호
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• pp.904-914
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• 2004

The fiber reinforced composite material is widely used in the multi-industrial field because of their high specific modulus and specific strength. It has two main merits which are to cut down energy by reducing weight and to prevent explosive damage proceeding to the sudden bursting which is generated by the pressure leakage condition. Therefore, Pressure vessels using this composite material can be applied in the field such as defence industry and aerospace industry. In this paper, for nonlinear finite element analysis of E-glass/epoxy filament winding of composite vessel subjected to internal pressure, the standard interpretation model is developed by using the ANSYS with AutoLISP and ANSYS APDL languages, general commercial software, which is verified as useful characteristic of the solution. Among the modules of the system, both the process planning module for carrying out the process planning of filament wound composite pressure vessel and the autofrettage process module for obtaining higher residual stress will minimize trial and error and reduce the period for developing new products. The system can serve as a valuable system for experts and as a dependable training aid for beginners.

• 접착 및 계면
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• 제21권3호
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• pp.101-106
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• 2020

본 연구에서는 에폭시 수지를 개질 한 변성 아크릴레이트를 합성하였으며, 이를 기존의 유리 섬유 복합소재에 사용하는 SMC 조성물에 5 phr - 15 phr을 첨가하여 SMC 소재를 제조하였다. SMC 프리프레그를 고온고압 (150 ℃, 10 bar)에서 컴프레션 몰딩방법으로 성형하여 유리섬유 복합소재를 제조하였으며, 제조된 복합소재를 가공하여 인장강도, 충격강도 등의 기계적 물성을 연구하였다. 실험 결과 합성된 변성 아크릴레이트를 5 phr을 포함하는 복합소재가 합성 아크릴레이트를 포함하지 않는 binder 샘플보다 인장강도는 약 20%, 충격강도는 약 12% 향상함을 보였으며, 이는 합성 아크릴레이트가 폴리에스터와 반응할 수 있는 4개의 아크릴 기를 가짐으로써 가교반응을 강하게 하면서 기계적 강도가 향상됨을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제32권1호
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• pp.78-84
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• 2019

본 연구에서는 동적기계분석장치(dynamic mechanical analysis, DMA)와 시간-온도 중첩법(time-temperature superposition, TTS)을 이용하여 탄소섬유/에폭시 복합재의 장기 성능을 예측하고자 하였다. 이를 위해 단일 진동수 시험, 다중 진동수 시험, 크리프 TTS 시험을 수행하였다. 단일 진동수(single-frequency) 시험과 다중 진동수(multi-frequency) 시험에서는 $-30^{\circ}C$에서 $240^{\circ}C$까지 $2^{\circ}C/min$로 온도를 상승시키면서 $20{\mu}m$ 진폭의 사인(sine) 파형의 하중을 가하였으며 다중 진동수 시험에 적용된 진동수는 0.316, 1, 3.16, 10, 31.6 Hz이다. 크리프 TTS 시험에서는 $-30^{\circ}C$에서 $230^{\circ}C$까지 $10^{\circ}C$마다 15 MPa의 응력을 10분 동안 가하였다. 단일 진동수 시험을 통해 유리전이온도를 구하였으며 다중 진동수 시험을 통해 진동수 별 유리전이온도에서 활성화 에너지와 온도 별 저장탄성계수 선도를 구하였다. 또한 아레니우스 식(Arrhenius equation)을 통해 얻은 이동 인자를 적용하여 기준 온도에 대한 마스터 선도를 얻었다. 또한 크리프 TTS 시험을 통해서는 크리프 컴플라이언스 선도를 구하고 직접 이동 기법을 이용하여 구한 이동 인자를 적용하여 기준 온도에 대한 마스터 선도도 얻었다. 이와 같은 과정을 통해 얻은 마스터 선도를 이용하면 주어진 환경 조건에 대한 탄소섬유강화 복합재의 장기 성능을 예측할 수 있다.

• Composites Research
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• 제19권1호
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• pp.29-35
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• 2006

첨단 전자무기체계의 지속적인 발전으로 인하여 현대전의 승패는 적 레이더 탐지의 회피에 크게 좌우된다고 할 수 있다. 반사되는 레이더의 탐지신호를 최소화시키기 위한 다양한 연구가 수행되어 왔는데, 본 연구에서는 뛰어난 기계적, 전자기적 물성으로 응용분야가 지속적으로 확대되고 있는 섬유강화 복합재료를 이용하여 레이더 전자파 흡수체(Radar absorbing structure, RAS)를 제작하고 레이더 단면적(Radar cross section, RCS)을 평가하였다 유리섬유 복합재에 뛰어난 유전적 특성을 지닌 나노 크기의 카본블랙(Carbon-black)을 첨가하여 흡수층을 구성하고, 반사특성이 탁월한 탄소섬유 복합재를 후면의 반사층으로 배치하여 "C" 및 "U" 형상의 하이브리드 복합재 RAS 겔을 제작하였다. RAS 쉘의 제작간 서로 다른 두 재료의 열적물성치 차이로 스프링 백이라 불리는 변형이 발생하였는데, 금형의 굽힘각도 제어를 통하여 효과적으로 보정할 수 있었다. 또한 상용 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 이용하여 스프링 백 보정 결과를 예측하고 실험결과와 비교하였다. 제작된 RAS쉘의 RCS는 근사적 계산기법인 물리광학법을 이용하여 예측하고 컴팩트 레인지(Compact range)를 이용하여 측정한 실힘결과와 비교하였다 두가지 형상의 RCS 모두 측정결과와 예측된 RCS 값이 일치하며 우수한 레이더 전자파 흡수 특성을 지닌 것을 확인하였다.

• 한국가스학회지
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• 제13권6호
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• pp.29-33
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• 2009

본 연구에서는 Al6061-T6 소재의 알루미늄 라이너와 탄소섬유-에폭시 및 유리섬유-에폭시 복합 소재를 적층으로 감아서 제조한 복합소재 연료탱크에 대한 강도안전성을 유한요소법(FEM)으로 해석하였다. 복합소재 연료탱크는 내구성 향상을 위해 자긴공정(autofrettage process)으로 제조한 다음에 압축천연가스를 공급하였다. 자긴공정을 거친 가스탱크의 응력안전에 대한 FEM 해석결과는 미국의 DOT-CFFC와 한국의 KS 설계안전 평가기준과 비교 평가하였다. FEM 계산결과에 의하면, 자긴공정을 거친 연료탱크의 응력강도는 돔 지역에서 약간 불안정한 것으로 나타났고, 몸체의 평행부에서는 비교적 균일한 안정성을 보여주고 있다. 자긴공정을 거친 복합소재 연료탱크의 평행부에서 관찰된 강도안전성 데이터는 평가기준 데이터로 제공된다. 9.2리터의 복합소재 연료탱크의 응력강도 안전성에 대한 계산결과에 따르면, 미국의 DOT-CFFC와 한국의 KS 평가기준치를 모두 만족하는 것으로 나타났기 때문에 안전한 설계라 할 수 있다.

• 상하수도학회지
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• 제37권4호
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• pp.203-214
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• 2023

In this study, the physical properties and fracture characteristics according to the tensile load are evaluated on the materials of the polymeric filler and carbon fiber-based composite sleeve technique. The polymeric filler and the composite sleeve technique are applied to areas where the pipe body thickness is reduced due to corrosion in large-diameter water pipes. First, the tensile strength of the polymeric filler was 161.48~240.43 kg_f/cm², and the tensile strength of the polyurea polymeric filler was relatively higher than that of the epoxy. However, the tensile strength of the polymeric filler is relatively very low compared to ductile cast iron pipes(4,300 kg_f/cm²<) or steel pipes(4,100 kg_f/cm²). Second, the tensile strength of glass fiber, which is mainly used in composite sleeves, is 3,887.0 kg_f/cm², and that of carbon fiber is up to 5,922.5 kg_f/cm². The tensile strengths of glass and carbon fiber are higher than ductile cast iron pipe or steel pipe. Third, when reinforcing the hemispherical simulated corrosion shape of the ductile cast iron pipe and the steel pipe with a polymeric filler, there was an effect of increasing the ultimate tensile load by 1.04 to 1.06 times, but the ultimate load was 37.7 to 53.7% compared to the ductile cast iron or steel specimen without corrosion damage. It was found that the effect on the reinforcement of the corrosion damaged part was insignificant. Fourth, the composite sleeve using carbon fiber showed an ultimate load of 1.10(0.61T, 1,821.0 kg_f) and 1.02(0.60T, 2,290.7 kg_f) times higher than the ductile cast iron pipe(1,657.83 kg_f) and steel pipe(2,236.8 kg_f), respectively. When using a composite sleeve such as fiber, the corrosion damage part of large-diameter water pipes can be reinforced with same level as the original pipe, and the supply stability can be secured through accident prevention.

• 청정기술
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• 제15권1호
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• pp.16-22
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• 2009

본 연구에서는 화력발전소에서 마모 및 주기적인 파손으로 문제가 발생하는 저회 운반용 주철관을 대체하기 위하여 내마모 성능이 우수한 FRP관을 개발하였다. 불포화 폴리에스테르, 비닐에스테르, 에폭시, 페놀 등4종의 수지와 탄화규소 내마모재를 사용하여 시편을 제작하고ASTM D4060 마모시험 및 분사식 마모시험을 수행하였다. ASTM D4060 마모시험에서는 최적의 수지 종류와 내마모재 크기, 내마모재와 수지의 혼합비율을 찾고 내마모성을 극대 화하였다. FRP와 주철을 비교한 시험에서는 FRP 시편이 주철 시편에 비하여 작은 마모량을 보여 주철관의 FRP 파이프로의 대체 가능성을 보여 주었다. 현장시험을 위하여 시제품 파이프를 제작한 후 기존 회처리라인에 적용한 결과 FRP관이 내마모성에서 기존의 주철관보다 우수함을 보여주었다.