• 제목/요약/키워드: Unidirectional CFRP

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필라멘트 와인딩 탄소섬유 복합재의 인장강도 크기 효과 (Size effect on tensile strength of filament wound CFRP composites)

  • 황태경;도영대;김형근
    • Composites Research
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    • 제24권5호
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    • pp.1-8
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    • 2011
  • 본 논문은 필라멘트 와인딩 압력용기의 섬유 강도 크기 효과에 관한 이론 해석 및 시험 결과를 제시하였다. 첫 번째로, 카본-에폭시로 필라멘트 와인딩된 여러 크기의 후프 링 시험을 수행한 결과 섬유 강도의 크기 효과가 현저하게 나타났다. 다음으로, 해석적 방법으로 와이블 최약 파손 모델과 다 단계 연속 파손 모델을 이용한 파손 해석을 수행하여 후프 링 시험 결과 및 다른 문헌의 한 방향 복합재 시험 결과와 비교하였다. 해석 결과는 시험 결과와 비교하여 현저하게 낮은 섬유 강도 값들을 나타내었다. 본 논문에서는, 길이 방향의 크기 효과를 변경한 개선형 다단계 연속 파손 이론을 제시하였다. 개선형 다단계 연속 파손 이론으로부터 구한 섬유 강도 값들은 시험 결과들과 좋은 일치를 보였다.

FRP Confinement of Heat-Damaged Circular RC Columns

  • Al-Nimry, Hanan Suliman;Ghanem, Aseel Mohammad
    • International Journal of Concrete Structures and Materials
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    • 제11권1호
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    • pp.115-133
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    • 2017
  • To investigate the effectiveness of using fiber reinforced polymer (FRP) sheets in confining heat-damaged columns, 15 circular RC column specimens were tested under axial compression. The effects of heating duration, stiffness and thickness of the FRP wrapping sheets were examined. Two specimen groups, six each, were subjected to elevated temperatures of $500^{\circ}C$ for 2 and 3 h, respectively. Eight of the heat-damaged specimens were wrapped with unidirectional carbon and glass FRP sheets. Test results confirmed that elevated temperatures adversely affect the axial load resistance and stiffness of the columns while increasing their ductility and toughness. Full wrapping with FRP sheets increased the axial load capacity and toughness of the damaged columns. A single layer of the carbon sheets managed to restore the original axial resistance of the columns heated for 2 h yet, two layers were needed to restore the axial resistance of columns heated for 3 h. Glass FRP sheets were found to be less effective; using two layers of glass sheets managed to restore the axial load carrying capacity of columns heated for 2 h only. Confining the heat-damaged columns with FRP circumferential wraps failed in recovering the original axial stiffness of the columns. Test results confirmed that FRP-confining models adopted by international design guidelines should address the increased confinement efficiency in heat-damaged circular RC columns.

Flexural behavior of sandwich beams with novel triaxially woven fabric composite skins

  • Al-Fasih, M.Y.;Kueh, A.B.H.;Ibrahim, M.H.W.
    • Steel and Composite Structures
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    • 제34권2호
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    • pp.299-308
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    • 2020
  • This study aims to carry out the experimental and numerical investigation on the flexural behavior of sandwich honeycomb composite (SHC) beams reinforced with novel triaxially woven fabric composite skins. Different stacking sequences of the carbon fiber reinforcement polymer (CFRP) laminate; i.e., 0°-direction of TW (TW0), 0°-direction of UD (UD0), and 90°-direction of UD (UD90) were studied, from which the flexural behavior of SHC beam behaviors reinforced with TW0/UD0 or TW0/UD90 novel laminated skins were compared with those reinforced with UD0/90 conventional laminated skins under four-point loading. Generally, TW0/UD0 SHC beams displayed the same flexural stiffness as UD0/90 SHC beams in terms of load-deflection relationships. In contrast, TW0/UD90 SHC beams showed a 70% lower efficiency than those of UD0/90 SHC. Hence, the TW0/UD0 laminate arrangement is more effective with a mass reduction of 39% compared with UD0/90 for SHC beams, although their stiffness and shear strength are practically identical.

경계면 손상을 고려한 적층복합재료에 대한 멀티스케일 피로 손상 모델 (Multi-scale Progressive Fatigue Damage Model for Unidirectional Laminates with the Effect of Interfacial Debonding)

  • 하동원;김정환;김태리;주영식;윤군진
    • Composites Research
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    • 제36권1호
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    • pp.16-24
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    • 2023
  • 본 논문에서는 복합재료의 섬유와 기지사이의 경계면 손상을 고려한 멀티스케일 점진적 피로 손상 모델을 제안한다. 먼저 점진적인 경계면 손상을 고려하기 위해 서로 다른 4개의 경계면 상태를 정의한 미소구조 모델을 도입하였다. 각각의 상태에 대한 부피분율은 피로 하중의 사이클 수가 증가함에 따라 온전한 상태의 계면에서 완전 박리 상태의 계면으로의 전환이 일어난다. 손상된 경계면의 에쉘비 텐서(Eshelby's tensor)를 계산하기 위해 선형 스프링 모델이 사용되었으며 균질화 방법을 통해 복합재료의 유효 물성을 얻었다. 또한 복합재료의 피로거동을 묘사하기 위해 교번 응력에 대한 섬유, 기지, 그리고 섬유-기지 간의 계면 각각에 대한 손상 변수들이 정의되었고 이를 chaotic firefly 알고리즘을 통해 손상 변수를 특성화 하였다. 제안된 모델은 유한요소해석프로그램 ABAQUS의 UMAT subroutine으로 구현되어 AS4/3501-6 복합재료의 단일방향 라미네이트(unidirectional laminate) 시편들([0]8, [90]8,[30]16)을 통해 성공적으로 검증되었다.

대용량 SiC 나노입자 강화 에폭시 복합재료의 새로운 분산방법 (A New Mixing Method of SiC Nanoparticle Reinforced Epoxy Composites with Large Concentration of SiC Nanoparticle)

  • 권동준;신평수;김종현;박종만
    • Composites Research
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    • 제29권4호
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    • pp.223-229
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    • 2016
  • SiC 나노입자는 고분자 수지의 굴곡특성을 강화하기 위해 사용된다. 본 연구는 대용량 SiC 나노입자가 함유된 에폭시 수지를 제조하고 분산도를 평가한 것에 관한 내용이다. SiC 나노입자를 혼합하는 과정에 교반기와 초음파 분쇄기를 동시에 사용하여 20 wt%의 SiC 나노입자 강화 에폭시 복합재료를 제조하였다. 교반기와 분쇄기를 동시에 이용하는 방법으로 분산속도와 분산도가 개선됨을 기계적 물성 평가와 FE-SEM 결과로 확인하였다. 이러한 결과로 SiC 나노입자의 분산 모델을 구축하였다. 궁극적으로, 탄소섬유(UD 타입)와 20 wt% SiC 나노입자 강화 에폭시 수지를 사용하여 복합재료를 제조하였다. 교반기와 분쇄기를 동시에 사용했을 경우 초음파 분쇄기만 이용했을 경우에 비해 우수한 복합재료의 물성을 나타내었다.

Ultrasonic Characterization on Sequences of CFRP Composites Based on Modeling and Motorized System

  • Im, Kwang-Hee;David K. Hsu;Song, Sung-Jin;Park, Je-Woung;Sim, Jae-Ki;Yang, In-Young
    • Journal of Mechanical Science and Technology
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    • 제18권1호
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    • pp.65-73
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    • 2004
  • Composites are a material class for which nondestructive material property characterization is as important as flaw detection. Laminates of fiber reinforced composites often possess strong in-plane elastic anisotropy attributable to the specific fiber orientation and layup sequence when waves are propagating in the thickness direction of composite laminates. So the layup orientation greatly influences its properties in a composite laminate. It could result in the part being .ejected and discarded if the layup orientation of a ply is misaligned. A nondestructive technique would be very beneficial, which could be used to test the part after curing and requires less time than the optical test. Therefore a ply-by-ply vector decomposition model has been developed, simplified, and implemented for composite laminates fabricated from unidirectional plies. This model decomposes the transmission of a linearly polarized ultrasound wave into orthogonal components through each ply of a laminate. Also in order to develop these methods into practical inspection tools, motorized system have been developed for different measurement modalities for acquiring ultrasonic signals as a function of in-plane angle. It is found that high probability shows between the model and tests developed in characterizing cured layups of the laminates.

탄소섬유 복합재료의 모드1 및 모드 2 층간파괴인성치에 관한 연구 (A Study on Mode 1 and Mode 2 Interlaminar Fracture Toughness of Carbon Fiber Reinforced Plastics)

  • 김재동;고성위
    • 수산해양기술연구
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    • 제31권3호
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    • pp.272-278
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    • 1995
  • 강도가 각각 다른 세 종류의 프리프레그를 사용하여 일방향 CFRP를 적층하였으며, 모드 I과 모드 II 실험을 통하여 층간 파괴인성치를 고찰하였고, 또한 적층 섬유방향을 변화시킨 사교적층판의 그것도 함께 고찰하였으며, 이를 요약하면 다음과 같다. 1) 임계에너지 방출률 G 하(IC)의 값을 컴플라이언스 법, 수정 컴플라이언스 법, 그리고 보이론에 의해 계산하여 비교 검토한 결과 본 연구에서 사용한 수정식에 의한 값들이 거의 일치하였다. 2) G 하(IC) 값은 대체로 프리프레그의 C, B, A재의 순으로 높게 나타났으며, G 하(II C)의 값을 세가지 식에 의해 계산하여 비교 검토한 결과 거의 일치하였다. 3) 사교적층판의 경우 G 하(IC) 값은 [0/90] 하(6s), [0/45] 하(6s), [0/45/90] 하(6s)의 순으로 높게 나타났으며, G 하(II C)는 [0/90] 하(6s), [0/45/90] 하(6s), [0/45] 하(6s)의 순으로 높게 나타났다. 4) 사교적층판과 일방향의 임계에너지 방출률을 비교하였을 때, 모드 I의 경우 일방향의 결과가 다소 높았으며, 모드 II의 경우는 [0/45] 하(6s)의 결과는 거의 일치함을 알 수 있었다.

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