• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제24권5호
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• pp.95-102
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• 2020

이 연구에서는 입경이 큰 골재를 사용하면서 2% 이상의 인장변형률 성능을 나타내는 고연성 PE 섬유보강 시멘트 복합체 개발을 목적으로 골재의 크기와 입도분포에 따른 고연성 섬유보강 시멘트 복합체의 인장거동 특성을 살펴보고자 하였다. 0.6 mm 이하의 입경들로 구성된 규사를 사용한 배합을 기준으로 최대입경 2.36 mm, 4.75 mm, 5.6 mm, 6.7 mm의 강모래 및 강자갈을 사용한 배합을 비교하여 성능평가를 실시하였다. 골재의 입도분포는 수정 A&A 모델에 기반한 최적입도분포곡선에 가깝도록 세분화된 입경별 혼합비율을 조절하였다. 직접인장실험을 통해 구한 인장거동은 모든 배합에서 뚜렷한 인장변형률 경화 거동을 보였다. 골재 입경별 혼합비율을 조절하여 입도분포가 최적곡선에 가깝도록 한 경우에는 모든 배합에서 규사를 사용한 경우보다 높은 인장변형률 성능을 나타내었다. 또한 골재의 최대입경이 커서 입도분포가 넓을수록 높은 인장변형률 성능을 보였으며, 최대입경 5.6 mm, 6.7 mm의 굵은 골재를 포함하는 경우 각각 4.83%와 5.89%의 매우 높은 인장변형률 성능을 나타내었다. 이 연구를 통해 적절한 입도분포 조절을 통해 굵은 골재를 사용하면서도 고연성 섬유보강 시멘트 복합체의 제조가 가능함을 보였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권2호
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• pp.1-8
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• 2022

철근 콘크리트 구조물 수명 저하의 주요한 원인은 콘크리트 내부 철근의 부식이다. 이때 사전 부식된 구조물 내부 철근은 다른 철근에 비해 더 쉽게 부식되며, 특히 구조물이 습기 또는 염화 환경에 노출된 경우 부식의 진행속도가 매우 빠른 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 시멘트 복합재 내부의 사전 부식 철근에 대한 서로 다른 양생 용액이 부식에 미치는 영향을 탐구하였다. 철근의 사전 부식을 촉진하기 위해 HCl(3%)용액과 CaCl2(10%)용액을 활용하였으며, 대조군(RE)을 포함한 3종의 사전 부식 철근 모르타르 실린더를 타설하였다. 철근 모르타르 실린더는 CaCl2(3%) 용액과 수돗물에서 각각 120일 동안 양생하며 실험을 진행하였다. 사전 부식 철근의 모르타르 내부 부식 거동에 대한 양생 용액의 영향을 평가하기 위해 전기화학적 분극저항(Electrochemical Polarization)과 반전지 전위 측정법(Half-cell potential)을 활용하였으며, 전자주사현미경(SEM)과 X선 회절 분석(X-ray Diffraction Analysis)을 통해 부식된 철근의 표면 상태와 성분을 분석하였다. 실험 결과 두 종류의 양생 용액에서 사전 부식된 철근의 부식률은 사전 부식되지 않은 시료의 부식률보다 높은 것으로 나타났으며, CaCl2 용액 양생 120일의 RE, CaCl2, HCl 사전 부식 시편의 최종 부식 속도가 수돗물에 양생한 경우보다 각각 8.14, 4.48, 13.81배로 높았다.

• Composites Research
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• 제35권2호
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• pp.115-119
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• 2022

탄소섬유의 성능은 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)과 같은 고품질 고분자 복합재료에 매우 중요하다. 이를 위해 탄소섬유 물성에 큰 영향을 주는 전구체 섬유의 기계적, 물리적, 구조적 특성을 개선할 수 있는 최적화된 방사공정과 이를 위한 적합한 전구체 공중합 고분자를 사용하는 것은 필수적이다. 본 연구에서는 메타크릴산(MAA)의 함량과 주입시간, 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오니트릴) (AIBN)의 농도를 합성공정 변수로 설정하였으며, 용액 중합법(solution polymerization)에 의해 Poly(AN-co-MAA)가 합성되었다. 305,138 g/mol의 분자량과 4.2%의 MAA 비율을 가지는 Poly(AN-co-MAA)를 N,N-디메틸포름아미드(DMF)에 16.0 wt% 농도로 용해시킨 후 기격습식방사법(dry-jet-wet spinning)으로 전구체 섬유를 제조하였다. 섬유의 인장강도는 ~1.06 GPa, 인장탄성률은 ~22.01 GPa였으며, 섬유에서의 공극 및 구조적 결함은 관찰되지 않았다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권4호
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• pp.215-226
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• 2022

우수한 역학적 성능을 가진 생물체의 구조를 모방하여 고성능의 복합재료를 개발하려는 노력이 최근 활발히 이뤄지고 있다. 진주층 구조는 구성재료 대비 월등히 높은 파괴인성을 지닌다는 점에서 촉망받는 자연 모사 구조 중 하나이다. 하지만, 진주층 모사 구조의 형상이 변형될 때 구조의 충격성능이 어떻게 달라지는지에 관한 연구는 아직 충분히 진행되지 않았다. 본 연구에서는 무작위로 변형된 진주층 모사 복합재의 수치모델을 개발하고 충격성능을 분석하였다. 먼저, 균일한 진주층 모사 패턴에서 플레이트 판의 평면 크기를 무작위로 변형하는 알고리즘을 개발하고 이를 활용하여 불균일한 진주층 패턴 모사 구조를 모델링하였다. 그 후, 낙하충격 시뮬레이션을 수행하고 해당 모델의 충격거동을 에너지 흡수율과 본 미세스 응력 분포, 충격력-시간 그래프를 활용하여 평가하였다. 수치해석결과를 바탕으로, 충돌 범위 주변 플레이트 판의 기하학적 형상이 불균일할수록 진주층 모사 구조의 내충격성이 저하됨을 입증하였다. 이러한 진주층 모사 형상에 대한 심층적인 이해는 진주층 모사 구조의 최적설계를 수립하는 데 효율적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Composites Research
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• 제36권3호
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• pp.211-216
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• 2023

선박, 항공기 구조물을 설계할 때 경량화 및 강도를 만족할 수 있도록 설계하는 것은 중요하다. 현재, 경량화와 구조물의 강도를 만족시키기 위한 방법으로 3D 프린트 복합재료를 이용한 위상 최적화에 관련된 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 항공기 또는 무인기의 부품 중 하나인 조종면에 대한 3D 프린트 복합재료의 적용 가능성을 분석하기 위해 구조해석을 수행했다. 조종면의 내부 위상 형상에 대해 3가지(육각형, 사각형, 삼각형) 형상을 고려하여 굽힘 하중에 대한 조종면의 최적의 위상 형상을 분석하였다. 또한 3D 프린트 복합재료의 4가지 강화재(탄소섬유, 유리섬유, 고강내열유리섬유, 케블라)를 적용했을 때의 조종면의 굽힘 강도를 분석하였다. 3점 굽힘 실험결과와 구조해석 결과를 비교한 결과, 탄소섬유와 케블라로 제작된 육각형의 위상 형상을 갖는 조종면이 우수한 성능을 갖는 것을 확인하였다. 이를 통해 조종면에 대해 3D 프린트 복합재를 충분히 적용 가능할 것으로 판단된다.

• Composites Research
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• 제37권3호
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• pp.219-225
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• 2024

정찰위성의 탑재체인 위성용 전개형 반사판 안테나는 발사 환경에 대한 구조안정성 및 궤도 환경에 대한 운용 성능을 고려하여 경량화, 고성능의 구조 개발이 필수적이다. 그 중, 복합재 주반사판은 전개형 반사판 안테나를 구성하는 핵심 구성품이며, 발사체 탑재 성능을 고려한 경량 설계 뿐만 아니라 위성체 임무 수행 중 민첩한 자세제어 기동 이후 높은 품질의 위성 영상을 획득하기 위해서는 높은 전개 시 강성을 갖는 고성능의 주반사판 개발이 요구된다. 주반사판 개발을 위해 전개형 반사판 안테나를 구성하는 복합재 주반사판의 적층 설계 및 재료 물성에 따른 구조적 성능을 분석하여 주반사판의 초기 설계안을 도출하였으며, 도출된 초기 설계안을 기준으로 제작 공정을 변수로 4가지 타입의 복합재 주반사판을 제작하였다. 공정 변수로는 복합재 구조의 성형 공정, 탄소 섬유 복합재 시트와 허니콤 코어 간 접착 필름의 적용 유/무, 샌드위치 복합재 내부의 벤팅 경로를 선정하였다. 제작된 4가지 종류의 주반사판에 대해 무게 측정, 비파괴 검사, 표면오차 측정 및 모드 시험을 통한 전개 시 강성 측정을 수행하였으며, 경량 및 구조적 성능을 향상시킬 수 있도록 접착 필름을 미적용하며 벤팅 경로를 포함하는 주반사판 제작 공정을 선정하여 SAR(합성 개구 안테나)를 포함한 위성체에 실 적용이 가능한 복합재 주반사판을 개발하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제63권3호
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• pp.361-370
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• 2017

Through the use of finite element analysis and acoustic emission techniques we have evaluated the interfacial failure of a carbon fiber reinforced polymer (CFRP) repair patch on a notched aluminum substrate. The repair of cracks is a very common and widely used practice in the aeronautics field to extend the life of cracked sheet metal panels. The process consists of adhesively bonding a patch that encompasses the notched site to provide additional strength, thereby increasing life and avoiding costly replacements. The mechanical strength of the bonded joint relies mainly on the bonding of the adhesive to the plate and patch stiffness. Stress concentrations at crack tips promote disbonding of the composite patch from the substrate, consequently reducing the bonded area, which makes this a critical aspect of repair effectiveness. In this paper we examine patch disbonding by calculating the influence of notch tip stress on disbond area and verify computational results with acoustic emission (AE) measurements obtained from specimens subjected to uniaxial tension. The FE results showed that disbonding first occurs between the patch and the substrate close to free edge of the patch followed by failure around the tip of the notch, both highest stress regions. Experimental results revealed that cement adhesion at the aluminum interface was the limiting factor in patch performance. The patch did not appear to strengthen the aluminum substrate when measured by stress-strain due to early stage disbonding. Analysis of the AE signals provided insight to the disbond locations and progression at the metal-adhesive interface. Crack growth from the notch in the aluminum was not observed until the stress reached a critical level, an instant before final fracture, which was unaffected by the patch due to early stage disbonding. The FE model was further utilized to study the effects of patch fiber orientation and increased adhesive strength. The model revealed that the effectiveness of patch repairs is strongly dependent upon the combined interactions of adhesive bond strength and fiber orientation.

• 한국세라믹학회지
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• 제40권5호
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• pp.447-454
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• 2003

B $i_{1.84}$P $b_{0.34}$S $r_{1.91}$C $a_{2.03}$C $u_{3.06}$ $O_{10+{delta}$의 출발조성비로 99.99%의 순도를 갖는 B $i_2$ $O_3$, PbO, SrC $O_3$, CaC $O_3$, CuO 분말 시약을 사용하여 고상반응법으로 합성하였다. 이렇게 합성된 Bi계 110 K 단일상의 고온초전도 물질을 다시 분말 상태로 만든 후, AgO, A $u_2$ $O_3$, MgO 금속산화물 분말을 각각 50 wt%의 비율로 혼합하였다. AgO, A $u_2$ $O_3$, MgO의 금속분말이 혼합된 시편들을 820~85$0^{\circ}C$로 각각 최종 소결시킨 후, 각 시편들에 대하여 XRD, $T_{c}$, SEM, EDS 등의 실험을 진행하였다. 얻어진 시편들의 $T_{c}$는 순수한 Bi-2223 상보다 낮지만, AgO 금속분말을 50 wt% 혼합한 시편의 임계전이온도가 99.58 K로 A $u_2$ $O_3$나 MgO를 50 wt% 혼합한 시편들보다 더 높게 나타났다. 또한, 표면 입자(grain)의 배열 상태는 AgO 금속분말을 50 wt% 혼합한 시편이 A $u_2$ $O_3$나 MgO를 50 wt% 혼합한 시편들보다 더 치밀화 되는 경향을 나타내었다.내었다.나타내었다.내었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권6호
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• pp.3990-3996
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• 2014

나일론66/유리섬유 복합체의 경우 $300^{\circ}C$ 이상의 고온에서 사출가공 될 때 물성 저하가 일어날 수 있어, 재이용시 열이력에 대한 체계적인 연구가 필요하다. $305/290/273/268/265/260^{\circ}C$ 온도조건의 이축압출기(twin screw extruder)를 이용하여 나일론66/유리섬유 복합체의 압출시료를 압출횟수에 따라 제조하였다. 압출횟수에 따른 화학구조, 열적특성, 용융지수, 결정구조, 아이조드 충격강도 및 유변학적 특성을 FT-IR, 용융지수 측정기, DSC, TGA, XRD, Izod 시험기, 그리고 유변물성 측정기를 이용하여 분석하였다. 적외선분광 스펙트럼을 이용하여 확인한 결과 압출횟수에 따른 압출시편에서의 화학구조 변화는 확인되지 않았다. 압출횟수에 따라 분자량이 감소하는 것을 용융지수와 복소점도를 이용하여 확인하였다. 나일론66/유리섬유 복합체의 용융온도는 큰 변화가 없으나, 압출횟수 증가에 따라 분해온도가 $20^{\circ}C$ 정도까지 감소하는 것을 DSC와 TGA를 이용하여 확인하였다. 압출시편의 아이조드 충격강도는 압출횟수가 증가함에 따라 감소하였다. 또한 나일론66/유리섬유 복합체 압출시편의 G'-G" 곡선의 기울기나 형태가 변하지 않는 것으로부터 압출시편에 가교와 같은 구조변화가 크게 나타나지 않음을 알 수 있었다.

• Elastomers and Composites
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• 제46권4호
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• pp.284-289
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• 2011

본 연구에서는 마이크로프리즘 방식으로 재귀반사지를 제조하여 기존의 재귀반사 제조방법인 유리구슬을 사용한 캡슐렌즈형 재귀반사지와 특성을 비교하였다. 마이크로프리즘 방식을 이용하여 제조된 재귀반사는 프리즘이 정확하게 배열되어 있으며 깨끗하게 적층되어 있었다. 그러나 유리구슬을 사용한 캡슐렌즈형 재귀반사지는 큰 균열이나 부서짐 없이 뚜렷한 각층을 가지고 있으나 융착 단계에서 약간의 유리구슬이 이탈하는 현상이 발생하였고, 표면이 균일하지 못하였으며 PET층과의 틈이 발생하는 것을 알 수 있었다. 알루미늄 증착 공정, 코팅 공정 및 대량의 유리구슬을 사용하여 제조되는 유리구슬 재귀반사지는 생산단가와 다양한 설비를 요구하는 반면, 마이크로프리즘 재귀반사지는 제조하는 방법은 비슷하나 단순한 공정으로 구성되어 생산 시간 및 단가를 줄일 뿐만 아니라 유리구슬을 사용한 재귀반사지에 비해 뛰어난 휘도와 측면 휘도를 가지고 있어서 보다 선명한 도로표지용 재귀반사지를 제조할 수 있는 특성이 있다.