• Structural Engineering and Mechanics
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• 제43권6호
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• pp.739-759
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• 2012

The tailoring optimization technique recently developed by the author for improving structural response and energy absorption of composites is extended to sandwich shells using a previously developed zig-zag shell model with hierarchic representation of displacements. The in-plane variation of the stiffness properties of plies and the through-the thickness variation of the core properties are determined solving the Euler-Lagrange equations of an extremal problem in which the strain energy due to out-of-plane strains and stresses is minimised, while that due to their in-plane counterparts is maximised. In this way, the energy stored by unwanted out-of-plane modes involving weak properties is transferred to acceptable in-plane modes. As shown by the numerical applications, the critical interlaminar stress concentrations at the interfaces with the core are consistently reduced without any bending stiffness loss and the strength to debonding of faces from the core is improved. The structural model was recently developed by the author to accurately describe strain energy and interlaminar stresses from the constitutive equations. It a priori fulfills the displacement and stress contact conditions at the interfaces, considers a second order expansion of Lame's coefficients and a hierarchic representation that adapts to the variation of solutions. Its functional d.o.f. are the traditional mid-plane displacements and the shear rotations, so refinement implies no increase of the number of functional d.o.f. Sandwich shells are represented as multilayered shells made of layers with different thickness and material properties, the core being treated as a thick intermediate layer.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2005년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.245-248
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• 2005

During manufacturing thick composite cylinders, large thermal residual stresses are developed and induce catastrophic interlaminar failures. Since the residual stresses are dependent on many process parameters, such as temperature distribution during cure, cure shrinkage, winding tension, and migration of fibers, calculation of the residual stresses is very difficult. Therefore a radial-cut method have been used to measure the residual stresses in the composite cylinders. But the conventional radial-cut method needs to know numerous material properties which are not only troublesome to obtain but also vary with change of fiber arrangement during consolidation. In this paper, a new radial-cut method with cut-cylinder-bending test was proposed and the measured residual stresses were compared with calculated thermal residual stresses. It was found that the new radial-cut method which does not need to know any of material properties gave better estimation of residual stresses regardless of radial variation of material properties. Additionally, interlaminar tensile strength could be obtained by the cut-cylinder-bending test.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2006년도 제26회 춘계학술대회논문집
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• pp.81-85
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• 2006

적층 복합재료를 구조재로 이용할 경우 발생하는 구조적 파단과 두꺼운 원환체 형상의 복합재를 성형할 경우 발생하는 층간파단(interlaminar failures)은 주로 층간 인장응력에 기인하기 때문에 적층 복합재료의 층간인장 물성은 구조해석 시 요구되는 물성이다. 그러나 복합재료의 층간 인장물성은 세계적으로 통일된 시험방법 및 시험규격이 없고 신뢰할 수 있는 물성자료가 없어 자체적인 평가를 수행하여야 한다. 본 논문에서는 국내에서 내열/구조재로 생산되고 있는 카본/페놀 복합재료의 층간 인장물성 비교/평가에 앞서 층간 인장물성의 측정에 대한 시험적 연구를 수행하였다. 시험방법 연구에서는 알루미늄 시편을 이용하여 재료의 탄성한계 내에서 몇 가지 시험을 수행하여 시험방법을 비교 평가하였으며 그 결과로 선정한 시험방법을 복합재료에 적용하였다. 시험의 결과, 복합재 시편의 모든 면에서 같은 경향의 변형률을 얻음에 따라 저 하중에서 파단이 발생하는 복합재료의 층간 인장물성 최적 시험기법을 확보하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제10권3호
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• pp.48-52
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• 2006

적층 복합재료를 구조재로 이용할 경우 발생하는 구조적 파단과 두꺼운 원환체 형상의 복합재를 성형 할 경우 발생하는 층간파단(interlaminar failures)은 주로 층간 인장응력에 기인하기 때문에 적층 복합재료의 층간인장 물성은 구조해석 시 요구되는 물성이다. 그러나 복합재료의 층간 인장물성은 국제적으로 통일된 시험방법 및 시험규격이 없고 신뢰할 수 있는 물성자료가 없어 자체적인 평가를 수행하여야 한다. 본 논문에서는 국내에서 내열/구조재로 생산되고 있는 카본/페놀 복합재료의 층간 인장물성 비교/평가에 앞서 층간 인장물성의 측정에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 시험방법 연구에서는 알루미늄 시편을 이용하여 재료의 탄성한계 내에서 몇 가지 실험을 수행하여 시험방법을 비교 평가하였으며 그 결과로 선정한 시험방법을 복합재료에 적용하였다. 실험의 결과, 복합재 시편의 모든 면에서 같은 경향의 변형률을 얻음에 따라 저 하중에서 파단이 발생하는 복합재료의 층간 인장물성 최적 시험 기법을 확보하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제15권6호
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• pp.2002-2014
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• 1991

본 연구에서는 모재균열의 열림변위로 인한 변형을 고려하여, 모재균열 주위 의 응력분포를 구하기 위한 2차원 해석방법을 제안한다. 제안된 방법은 두께방향 다 항식 형태로 가정된 변위성분으로부터 모재균열 주쥐의 변위, 응력분포를 구한다. 본 방법은 적층판의 프아송비(Poisson's ratio) 효과와 열잔류응력(thermal residual stress)의 영향을 고려하였으며, 계면층(interface layer) 개념을 사용하여 특성손상 상태 이후에 발생하는 층간분리를 평가하기 위한 기초자료인 층간수직응력과 층간전단 응력을 결정하였다. 제안된 방법의 타당성을 검증하기 위하여, 유한요소해석(finite element analysis)을 수행하여 제안된 방법의 응력분포 결과를 유한요소해석 결과와 비교하여 보았다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권8호
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• pp.665-672
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• 2013

적층된 복합재 구조물의 강도와 강성 저하를 발생시키는 중요원인 중의 하나는 복합재 층 사이에 발생하는 층간 분리이다. 적용되는 대부분의 복합재 구조물은 어느 정도 곡률을 가지고 있다. 만약 굽은 복합재 구조물이 굽힘 하중을 받게 되면 평평하게 되려는 현상 때문에 두께 방향의 수직응력이 발생하게 되며, 최대 응력이 발생되는 곳에서 층간 분리가 발생한다. 본 논문에서는 굽은 복합적층 보의 반경방향 응력을 결정하는 방법을 설명하고, 층간 분리 응력에 미치는 적층 순서의 영향을 검토하였다. 그리고 층간분리 응력의 크기와 위치를 이론적인 해와 유한요소 방법을 이용하여 해석하고 비교하였다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2001년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.158-162
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• 2001

The effects of chemical treatment on Kevlar-29 fibers have been studied in a composite system. The surface characteristics of the Kevlar-29 fibers were characterized by pH, acid-base value and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The mechanical interfacial properties of final composites were studied by interlaminar shear strength (ILSS) and critical stress intensity factor ($K_{IC}$). Also, the impact properties of the composites were investigated in the differentiating studies between initiation and propagation energies, and ductile index (DI) along with maximum farce and total energy. It was found that the chemical treatment with phosphoric acid ($H_3PO_4$) solution significantly affected the degree of adhesion at interfaces between fibers and resin matrix, resulting in improving the mechanical interfacial strength of the composites. This was probably due to the presence of chemical polar groups on Kevlar surfaces, leading to an increment of interfacial binding force in a composite system.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2003년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.255-260
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• 2003

The corrosion of steel rebars has been the major cause of the reinforced concrete deterioration. It is FRP rebar that is developed to solve problem of such steel rebar. FRP rebar in concrete structures should be used as a substitute of steel rebars for that cases in which aggressive environment produce high steel corrosion, or lightweight is an important design factor, or transportation cost increase significantly with the weight of the materials. But FRP rebar have only linearly elastic behavior; whereas, steel rebar has linear elastic behavior up to the yield point followed by large plastic deformation and strain hardening. Thus, the current FRP rebars are not suitable concrete reinforcement where a large amount of plastic deformation prior to collapse in required. The main objective of this study was to develop new type of hybrid FRP rebar. The manufacture of the hybrid FRP rebar was achieved pultrusion, braiding and filament winding techniques. Tensile and interlaminar shear test results of hybrid FRP rebar can provide its excellent tensile strength-strain behavior and interlaminar stress-strain behavior.

• 동력기계공학회지
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• 제13권4호
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• pp.49-55
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• 2009

복합재 적층판의 자유단 근처에서 나타나는 층간 응력의 집중 현상을 층간면 효과를 고려해 해석하였다. 복합재 적층판 내부의 임의의 위치에서 3차원 평형방정식을 만족시키기 위해 렉니츠키 응력함수를 도입하였으며, 가상일의 원리를 이용하여 지배방정식을 유도하였다. 주어진 응력함수를 이용하여 구한 3차원 응력들은 복합재 적층판의 아래 위 면뿐만 아니라 자유단에서 하중자유조건을 잘 만족한다. 기하학적 불연속성 때문에 복합재 적층판의 자유단에서는 응력의 특이가 발생하지만, 층간면 효과를 고려하게 되면 층간응력의 집중현상을 정확하게 해석할 수 있다. 자유단에서 발생한 층간응력의 크기를 보면, 층간면 효과를 고려할 경우, 응력특이 효과가 많이 줄어드는 것을 관찰할 수 있다. 본 연구에서 주어진 층간면에서의 정확한 응력 해석은 복합재 적층판의 강도설계를 수행하는 초기 설계 툴로 사용할 수 있다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제30권2호
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• pp.112-119
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• 2006

Due to their intrinsic anisotropy, composite materials show quite complicated damage mechanism with their fiber orientation and stacking sequence and especially, their fatigue damage process is sequential occurrence of matrix cracking, delamination and fiber breakage. In the study, to propose new model capable of describing damage mechanism under fatigue loading, fatigue analysis of composite laminates based on damage mechanics, are performed. The average stress is disassembled with stress components of matrix, fiber and interlaminar interface through stress analysis. Each stress components are used to assess static damage analysis based on continuum damage mechanics (C.D.M.). Fatigue damage curves are obtained from hysteresis loop and assessed by the fatigue damage analysis. Then, static and fatigue damage analysis are combined. Expected results such as stress-cycle relation are verified by the experimental results of fatigue tests.