• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2003년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.129-134
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• 2003

The importance of understanding the response of structural composites to impact and CAI cannot be overstated to develop analytical models for impact damage and CAI strength predictions. This paper presents experimental findings observed from quasi-static lateral load tests, low velocity impact tests, CAI strength and open hole compressive strength tests using 3mm thick composite plates ($[45/-45/0/90]_{3s}$ - IM7/8552). The conclusion is drawn that damage areas for both quasi-static lateral load and impact tests are similar and the curves of several drop weight impacts with varying energy levels (between 5.4 J and 18.7 J) fallow the static curve well. In addition, at a given energy the peak force is in good agreement between the static and impact cases. From the CAI strength and open hole compressive strength tests, it is identified that the failure behaviour of the specimens was very similar to that observed in laminated plates with open holes under compression loading. The residual strengths are in good agreement with the measured open hole compressive strengths, considering the impact damage site as an equivalent hole. The experimental findings suggest that simple analytical models for the prediction of impact damage area and CAI strength can be developed on the basis of the failure mechanism observed from the experimental tests.

• 한국추진공학회지
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• 제5권1호
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• pp.42-48
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• 2001

지난 20년 동안 인장하중과 굽힘 하중 상태에서 복합재료 적층판의 크기효과에 관한 많은 연구가 수행되었으며, 시편의 크기를 증가함에 따라 복합재 적층판의 강도가 저하되는 경향은 잘 알려져 있다. 그러나, 복합재 압축시험의 어려움으로 인해 압축하중 상태에서 시편의 파괴강도에 대한 크기효과에 관한 연구는 거의 수행되지 않았다. 본 연구에서는 홀을 갖는 복합재의 압축 강도에 대한 크기 효과를 고찰하기 위해 T300/924C, $>[45/-45/0/90]_{3S}$를 사용하였으며, 시편의 크기 변화를 위해 2차원면적 변화(시편의 폭 및 길이 변화)를 고려하는 평면 스케일링 방법을 사용하였다. 실험 결과는 유한폭을 가지는 평판에 대한 명확한 홀 크기 효과를 보였을 뿐만 아니라, 같은 a/W(홀 직경/시편 폭)를 갖는 시편에서도 크기 효과를 확인할 수 있었다. 반면에, 홀이 없는 시편은 명확한 강도 크기 효과를 보이지 않았다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2002년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.88-91
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• 2002

The two dimensional size effect of specimen gauge section (length x width) was investigated on the compressive behavior of a T300/924 [45/-45/0/90]3s, carbon fiber-epoxy laminate. A modified ICSTM compression test fixture was used together with an anti-buckling device to test 3mm thick specimens with a 30$\times$30, 50$\times$50, 70$\times$70, and 90mm$\times$90mm gauge length by width section. In all cases failure was sudden and occurred mainly within the gauge length. Post failure examination suggests that $0^{\circ}$ fiber microbuckling is the critical damage mechanism that causes final failure. This is the matrix dominated failure mode and its triggering depends very much on initial fiber waviness. It is suggested that manufacturing process and quality may play a significant role in determining the compressive strength. When the anti-buckling device was used on specimens, it was showed that the compressive strength with the device was slightly greater than that without the device due to surface friction between the specimen and the device by pretoque in bolts of the device. In the analysis result on influence of the anti-buckling device using the finite element method, it was found that the compressive strength with the anti-buckling device by loaded bolts was about 7% higher than actual compressive strength. Additionally, compressive tests on specimen with an open hole were performed. The local stress concentration arising from the hole dominates the strength of the laminate rather than the stresses in the bulk of the material. It is observed that the remote failure stress decreases with increasing hole size and specimen width but is generally well above the value one might predict from the elastic stress concentration factor. This suggests that the material is not ideally brittle and some stress relief occurs around the hole. X-ray radiography reveals that damage in the form of fiber microbuckling and delamination initiates at the edge of the hole at approximately 80% of the failure load and extends stably under increasing load before becoming unstable at a critical length of 2-3mm (depends on specimen geometry). This damage growth and failure are analysed by a linear cohesive zone model. Using the independently measured laminate parameters of unnotched compressive strength and in-plane fracture toughness the model predicts successfully the notched strength as a function of hole size and width.

• Composites Research
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• 제22권3호
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• pp.82-88
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• 2009

본 연구에서는 노치 홀과 기계적 체결 홀이 탄소섬유강화 복합재의 강도특성에 미치는 영향에 대하여 연구를 수행하였다. 강도는 상온건조, 저온건조($-55^{\circ}C$)와 고온다습 조건($108.3^{\circ}C$)에서 측정하였으며, 실험결과를 바탕으로 다음과 같은 결론을 얻었다. 기계적 체결 홀에서 인장강도의 증가는 볼트에 의해서 가해진 구속으로 홀 주위의 손상을 억제함으로써, 강도를 증가시킨 것으로 분석된다. 저온($-55^{\circ}C$)에서 인장강도의 증가는 섬유와 모재의 열팽창계수 거동의 특성에 따른 취성 증가의 요인이며, 고온다습 조건($108.3^{\circ}C$)에서 압축강도 감소는 침투만 수분에 의해 섬유와 모재의 층간 결합부의 물성이 저하한 것으로 사료된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권7호
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• pp.549-555
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• 2021

원공이 있는 복합재 적층판의 강도는 복합재 항공기기 설계 시 충격하중이 가해지는 부위의 설계 허용치로 사용된다. 일반적으로 BVID (Barely Visible Impact Damage)에 의한 강도저하는 24.0 mm 폭의 시편에 6.0 mm 지름의 원공이 있는 시편의 강도로 가정한다. 본 연구에서는 원공이 있는 복합재 적층판의 강도에 적층각이 미치는 영향을 조사하기 위해 잔류강도 시험을 수행하였다. 원공이 있는 적층판의 강도를 예측하기 위해 특성길이를 이용한 점응력 파손기준을 사용하였고, 이론해를 검증하기 위하여 유한요소해석을 수행하였다. 실험결과로부터 특성길이는 0°, ±45°와 90°층의 비율과 관련이 있음을 보였다. 또한 회귀분석을 통하여 임의의 적층 패턴에 대한 특성길이와 원공이 없는 시편의 강도를 결정하였다.

• Composites Research
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• 제16권4호
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• pp.66-73
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• 2003

충격 시나 충격 후 압축 할 때 구조용 복합재의 거동에 대한 중요성은 충격 손상과 충격후압축강도 예측에 대한 해석적 모델을 개발하기 위해 간과될 수 없을 것이다. 본 연구는 3mm두께의 $[45/-45/0/90_{3s}$ - IM7/8552린복합재판들을 이용하여 준정적횡하중시험, 저속충격시험, 충격후압축강도시험 및 구멍이 있는 시편의 압축강도시험 등을 수행한 후 이로 부터 발견된 결과들을 제시하였다 준정적횡하중과 충격하중시험에서 발생한 손상면적들이 서로 유사하며. 또한 5.4 J 부터 18.7 J 까지의 다양한 에너지준위들을 가진 낙하충격 시험 곡선들과 정적시험 곡선들도 서로 유사하다는 결론을 얻었으며. 이때 주어진 에너지 준위에서 정적과 충격시의 최대하중 값들이 잘 일치한다는 사실을 확인 하였다. 충격 후 압축시험에 의한 시편들의 파괴거동이 압축하중하의 구멍이 있는 적층판에서 관찰된 파괴거동과 매우 유사하과는 사실도 확인 되었다. 충격손상 후 잔류강도는 충격손상 등가구멍이 있는 경우의 시편에서 측정된 압축 강도와 잘 일치 하였다. 이와 같은 실험적 연구 결과들은 충격손상면적과 충격후압축강도의 예측에 대한 단순만 해석모델들이 이들 시험결과들로부터 관찰된 파괴기구를 기초로 하여 개발될 수 있음을 제시하고 있다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제3권1호
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• pp.12-16
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• 2009

The laminated sequence and thickness of a composite structure is an important design parameter which affect the strength and impact damage. In this study, it was investigated the residual strength of carbon fiber laminate after impact damage by the experimental investigation. The tensile strength test and compressive strength test were used to find the mechanical properties, previously. Impact test was performed using low-velocity drop-weight test equipment. The impact damages were finally assessed by the compressive strength test. The investigation results revealed the residual strength of the damaged specimens due to the impact damage.

• Composites Research
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• 제15권4호
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• pp.23-31
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• 2002

시편 게이지 면적($길이{\;}{\times}{\;}폭$)의 이차원 크기효과가 T300/924 $[45/-45/0/90]_3s$ 탄소섬유/에폭시 적층판의 압축거동에 대해 조사하였다. 개조된 압축시험치구(ICSTM)와 좌굴방지장치가 $30mm{\;}{\times}{\;}30mm,{\;}50mm{\;}{\times}{\;}50mm,{\;}70mm{\;}{\times}{\;}70mm,{\;}90mm{\;}{\times}{\;}90mm$의 게이지 길이와 폭을 가진 시편들의 압축시험에 사용하였다. 모든 경우의 파괴들은 시편 게이지 길이 내에서 주로 갑자기 발생하였다. 파괴 후 분석결과는 $0^{\circ}$층의 섬유의 미소좌굴에 의해 파괴를 시작하여 최종파괴를 일으키는 임계파괴기구일 것으로 생각되었다. 이것은 매트릭스 지배적인 파괴를 의미하며, 초기섬유굴곡에 따라 파괴가 지배적으로 시작된다는 것을 말한다 이것은 또한 제작공정과 품질이 압축강도를 결정하는 중요한 역할을 한다고 볼 수 있다. 좌굴방지장치를 장착하고 시험할 때 장치의 볼트 조임 토크에 따라 시편과의 접촉마찰 등에 의해 실제 압축강도 보다 크게 나타나는 결과를 보였다. 좌굴방지장치의 영향을 유한요소법을 이용하여 해석한 결과 실제 압축강도 보다 7% 정도 크게 나타남을 확인하였다. 부가적으로 홀을 갖는 시편들의 압축시험도 수행되었다. 홀에 의한 국부응력집중이 적층판 강도에 지배적 요인이었다. 파괴강도는 홀 크기와 시편 폭이 증가할수록 감소하였으나 탄성응력집중계수로 예측된 값보다는 일반적으로 크게 나타났다. 이것은 사용된 복합재가 이상적인 취성재질이 아니라는 것을 의미하며 홀 주위에서 다소간의 응력이완이 발생한다고 볼 수 있다. X선 검사 사진분석에서 섬유좌굴과 층간분리형태의 손상이 파괴하중의 약 80%에서 홀 가장자리로부터 시작되었고 임계파괴크랙길이인 2-3mm의 불안정한 상태에 도달하기 전까지는 하중 증가와 더불어 안정되게 파괴가 진전되었다(시편의 기하학적 크기에 의존함). 이 손상과 파괴는 선형 cohesive zone 모델로 해석되었다. 노치없는 시편의 압축강도와 평면 파괴인성의 측정된 적층판 변수들을 사용하여 홀의 크기와 시편 폭의 함수로서 홀을 갖는 적층판의 압축강도를 성공적으로 예측하였다.

• Composites Research
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• 제36권5호
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• pp.303-309
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• 2023

본 논문에서는 압축 하중을 받는 오픈 홀(open-hole compression) 탄소섬유 복합재(carbon fiber reinforced plastic, CFRP) 시편의 평면 내 손상(in-plane damage) 및 층간 분리(delamination)를 예측하기 위한 모델링 방법을 제안하고 유한요소해석(finite element analysis)을 수행하였다. 유한요소모델은 오픈 홀 복합재 시편의 점진적 손상 및 파손 분석(progressive damage and failure analysis)을 위해 Hashin 파손 기준(hashin failure criteria)과 표면 기반 응집 거동(cohesive behavior) 모델을 기반으로 구성되었으며 ABAQUS/EXPLICIT Solver를 활용하여 해석을 수행하였다. 유한요소해석의 타당성을 종합적으로 평가하기 위해 세 가지 유형의 적층 패턴(stacking sequences)을 가지는 오픈 홀 압축 복합재 시편에 대한 시험 결과와 비교하였다. 오픈 홀 압축 시편의 강도와 강성은 백분율 오차(percentage error) 10.0 % 미만으로 비교적 잘 예측하였으며 오픈 홀 복합재 적층판의 인장/압축 매트릭스 손상 상태 및 원공(hole) 근처의 복합재 계면 층간 분리에 대한 손상 상태를 추출하여 평가하고 분석하였다.

• Composites Research
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• 제25권4호
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• pp.105-109
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• 2012

최근 국내에서 미국과 상호항공안전협정 체결을 위한 소형 항공기가 연구 개발 중이다. 연구 대상 항공기는 경량화 하여 연료 절감을 위해 전기체 복합재료가 적용되었다. 그러나 복합재 구조는 외부의 충격 손상에 취약한 구조이다. 따라서 항공기 구조물은 충격 손상에 대한 압축 파손 강도를 고려하여 손상 허용 설계가 반드시 수행되어야 한다. 이는 복합재 구조 항공기 인증에 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 항공기 복합재 구조에 적용된 두꺼운 적층판에 대한 손상 허용 연구를 수행하였다. 두꺼운 적층판의 세 가지 형태인 손상이 없는 시편, 구멍 손상 및 충격 손상이 적용된 시편의 압축 하중 하에서 손상 허용 기준이 평가되었다.