• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권12호
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• pp.118-125
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• 2017

본 논문은 FRP Hybrid Bar의 최적 부착 성능 도출을 위한 실험 결과를 나타낸다. FRP Hybrid Bar는 이형 철근의 부식문제를 해결하기 위하여 이형 철근 외측에 유리섬유를 감싸 만들어졌다. 콘크리트와의 부착 성능 향상을 위해 매끈한 FRP Hybrid Bar 표면에 수지와 규사를 이용하여 코팅하였고 수지의 종류 및 점도, 그리고 규사의 크기를 실험 변수로 하여 FRP Hybrid Bar의 부착 성능을 실험적으로 평가하였다. FRP Hybrid Bar의 부착 성능 평가를 위해 한 변의 길이가 200 mm인 정육면체 콘크리트 블록에 FRP Hybrid Bar를 매립하였고, 인발 실험을 통하여 FRP Hybrid Bar와 콘크리트의 계면에서의 최대 하중과 슬립을 측정하였다. 실험 결과로부터, 각 실험 변수에 따른 최대 하중 및 부착 강도를 산정하였고 FRP Hybrid Bar의 부착 성능이 가장 우수한 수지 종류 및 점도, 그리고 규사 크기를 도출하였다. 에폭시 수지와 5호 규사를 사용한 실험체의 최대부착강도는 이형철근의 최대부착강도 대비 약 35% 정도 증가되었다.

• 공업화학
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• 제32권4호
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• pp.361-370
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• 2021

탄소 섬유 강화플라스틱은 가볍지만 우수한 기계적 강도를 가지는 복합재의 한 종류이다. 가벼우면서 우수한 기계적 강도를 가지는 탄소 섬유 강화플라스틱은 산업 전반에 널리 이용되고 있으며, 최근 활발히 연구되고 있는 전기자동차 및 무인기 등의 무게 감소 핵심 대체 부품으로 연구되고 있다. 배터리를 전원으로 사용하는 운송수단 등은 외부 충격에 이차 폭발의 위험이 있기 때문에 배터리를 안전하게 보호할 수 있는 덮개가 필수적인 동시에, 무게를 줄여 주행거리를 늘려야 하는 요구조건을 만족해야 한다. 이러한 요구 조건에 부합하는 재료로 탄소섬유 강화플라스틱이 손꼽히고 있고, 배터리 보호 덮개 및 다양한 대체품으로의 활용이 연구되고 있다. 한편, 우수한 전기적 특성을 가진 탄소 섬유를 배터리 구성품으로 활용하는 연구가 배터리 분야에서 진행 중이고, 이에 더 나아가 탄소 섬유가 배터리를 보호하고 배터리 전극 및 집전체 역할까지 동시에 수행하는 구조용 배터리에 대한 연구가 스웨덴과 미국을 중심으로 활발히 연구 중이다. 본 총설에서는 탄소 섬유의 역할에 따른 구조용 배터리의 분류 및 해당 배터리들에서 발생하는 문제점 등을 포괄하는 최근 연구 동향을 요약하고, 구조용 배터리에 대한 전망을 간략히 논의하고자 한다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.677-684
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• 2007

본 연구에서는 유리섬유시트로 휨보강된 RC 보의 파괴 양상을 분석하고, 부착파괴를 방지하기 위한 실험 연구를 수행하였다. 부착파괴를 방지하기 위한 방법으로 부착길이를 증가시키는 방법과 U형 보강 방법 및 에폭시 전단키 보강 상세에 대하여 검증하였다. 유리섬유시트의 부착길이는 콘크리트 계면과 보강재 사이의 부착강도를 가정하여 계산하였다. U형 보강 방법은 콘크리트 밑면에 부착된 유리섬유시트의 단부 혹은 중앙부를 U형으로 감싸서 보강하였다. 콘크리트 하부에 매립된 전단키는 유리섬유시트의 인장력에 대하여 충분한 부착력을 제공하도록 하였다. 단부 U 보강과 중앙부 U 보강은 부착파괴를 방지하기 위해 기존에 제안된 방법이며, 에폭시 전단키는 본 연구에서 제시된 새로운 방지 상세이다. 유리섬유시트의 부착파괴 방지 상세에 대한 효과를 검증하기 위하여 총 6개의 실험체를 제작 실험하였다. 본 실험 결과에 의하면 부착길이 및 단부 U 보강 상세를 적용하는 방법은 조기 부착파괴를 억제하지 못하는 것으로 나타났다. 반면 중앙부 U 보강 상세는 보강재를 따라 발생하는 박리균열의 진행을 억제시키기 때문에 부착파괴를 지연하는 효과가 있으며, 전단키의 경우는 부착파괴를 충분히 방지하며 유리섬유시트의 파단을 유도하는 것으로 나타났다.

• Composites Research
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• 제33권5호
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• pp.275-281
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• 2020

본 논문에서는 항공기 팬 블레이드에 적용되는 복합재와 금속 간의 접합 구조물에 대한 온도, 습도에 따른 접착제의 물성 변화에 관해 연구하였다. 항공기 운용 시 노출되는 환경 조건을 고려하여 상온 건조(Room Temperature Dry, RTD), 고온 흡습(Evaluated Temperature Wet, ETW), 저온 건조(Cold Temperature Dry, CTD) 세가지 환경에서 강도 시험을 수행하였다. 접착전단강도 시험은 ASTM D3528을 기준으로 수행하였고, 파손 영역에 대한 마이크로 구조 특성을 SEM이미지를 통해 분석하였다. 연구 결과에 따르면 RTD 환경에서의 전단강도 대비하여 ETW 환경에서 72.8% 저하되었으며, CTD 환경에서는 56.5% 증가되었다. 이는 고온 및 수분 흡습이 접착제의 기계적 특성에 큰 영향을 미치는 것을 확인했고, 저온 환경에서는 모재와 접착제 모두 취성의 증가로 인해 접착 전단 강도가 향상된 것으로 분석되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권11호
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• pp.891-899
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• 2013

본 논문에서는 전투기 주구조물에 적용할 수 있는 안테나 내장 스킨구조(CLAS)의 새로운 시험평가 절차를 제시하였다. 대수 주기 패치형 안테나를 통신항법용 다중대역 안테나로 설계하였다. 탄소/유리 섬유 강화 적층 복합재(CFRP/GFRP)를 공력하중을 지지하기 위한 구조로 사용하고 안테나 성능 향상을 위해 하니컴 층을 적층하였다. 여러 재질로 구성된 다층구조의 안테나 내장 스킨구조를 고온의 오븐에서 경화하였다. 내장된 안테나의 이득, 전압 정재파비, 방사패턴을 0.15GHz~2GHz 주파수 범위에서 무반향 챔버시설을 이용하여 측정하였다. 안테나 내장 스킨구조의 구조강도를 평가하기 위하여 인장, 전단, 피로, 충격 하중을 부가하는 구조시험을 수행하였다. 각각의 구조시험 후에 안테나 성능시험을 수행하여 초기 값과 비교하므로써 구조시험이 안테나에 미치는 영향을 확인하였다. 새로 개발한 안테나 내장 스킨구조 시험평가 절차를 통신항법용 CLAS에 적용하여 설계개선이 필요한 점을 발견하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제17권3호
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• pp.319-332
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• 2004

복합재료(FRP)는 재료적 고비강도, 고내구성 등으로 인하여 건설분야에 널리 사용되고 있어, 본 연구에서는 인발성형된 FRP 바닥판의 형상최적설계를 수행하였다. 최적설계의 정식화에서 목적함수는 단위모듈의 체적을 최소화하도록 하였으며, 설계변수는 바닥판 단면의 기하적 치수와 재료적 물성을 사용하였다. 반면 바닥판의 성능을 최대한 효율적으로 설계하기 위하여 설계 제약조건으로 처짐규정, 재료파괴 기준, 좌굴하중, 바닥판 최소두께와 응력을 사용하였다. 단면형상의 효율적 결정과 시공성을 고려하여 구조적 보조부재를 포함하지 않는 튜브 모양의 형상으로 제한하였으며, 최적화 알고리즘은 Index기법을 적용하여 수렴성을 극대화한 개선된 GAs를 사용하였다. 상용 프로그램인 ABAQUS를 사용하여 3차원 유한요소해석을 수행하였고, 구조해석 결과를 최적화 과정에 필요한 제약조건으로 활용하고, 민감도 분석을 수행하였다. 본 연구를 통하여 개발한 최적화 프로그램을 검증하기 위하여, 40m의 지간, 폭 12.14m에 주형 간격이 2.5m인 단순교를 대상으로 하였으며, 도로교 설계 기준을 만족하는 DB-24하중을 적용하였다. 복합재료의 재료로 E-glass섬유를 사용하였으며, 최적설계를 수행한 결과 인발성형공법에 의한 실용적인 단면을 제안하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권6호
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• pp.671-679
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• 2008

최근 fiber reinforced polymer (FRP)를 적용한 near surface mounted (NSM) 보강공법은 열화된 콘크리트구조물에 대해 유지관리 측면에서 활발하게 적용되고 있다. 그러나, 기존 NSM 보강공법은 보강깊이가 부족한 콘크리트구조물에 대해서는 그 적용함에 있어 다소 제약이 있어왔으며 또한 비교적 얇게 보강된 특성으로 인하여 공용 시 부착특성에 대한 우려도 함께 부각되어 왔다. 이 문제점을 해결하고자, 본 연구에서는 스터럽 부분절단형 NSM 공법 (이하 SCNSM 공법)을 개발하여 노후화된 콘크리트구조물의 보강성능을 향상시키고자 한다. 본 공법은 기존 NSM 보강공법 적용 시 보강깊이 확보가 어려운 노후화된 콘크리트구조물의 성능향상에 적합한 공법이다. 본 연구에서는 새로 개발된 SCNSM 보강공법의 휨 성능을 검증하고자 휨 실험을 수행하였으며, 이를 기존 NSM 보강공법이 적용된 휨구조물과 비교분석하였다. 시험변수로는 보강길이 (순지간의 32%, 48%, 70%, 80%, 96%)를 적용하였으며, 하중-변위관계, 변형률관계 등이 분석되었다. 시험 결과, SCNSM 보강시험체는 기존 NSM 보강시험체와 유사한 극한하중 및 구조거동을 나타내었으며, 특히, 하부 스터럽 부분절단에 따른 구조적 취약성은 확인되지 않았다. 따라서, SCNSM 보강공법은 노후화된 콘크리트구조물의 내하력 증진을 위한 보강 시 피복두께가 확보됨의 유무에 따른 제약을 받지 않는 효과적인 보강공법이 될 수 있을 것으로 분석되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권6호
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• pp.765-772
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• 2008

철근콘크리트 구조물은 일반적으로 재료적 특성에 따른 크리프 및 건조수축으로 인하여 장기변형이 발생하며, 이러한 변형으로 인한 구조물의 처짐을 허용 한계 이하로 유지시키는 것이 사용성 확보 측면에서 중요하다 할 수 있다. 노후된 RC보의 성능 개선을 위하여 다양항 보수 보강 방법이 사용되고 있으며 이중 대표적인 방법으로 FRP 외부부착 공법이 있다. 재료적인 성질이 우수한 FRP는 RC구조물의 보강 재료로써 현재 널리 사용되고 있으며, 일시적인 하중 뿐만 아니라 지속 하중 하에서도 향상된 보강 성능을 제공해야 한다. 따라서 FRP가 외부 부착된 RC 부재에 지속 하중이 작용할 때 콘크리트의 크리프 및 건조수축의 영향으로 인한 시간 의존적 장기 거동을 정확히 예측하는 방법이 필요하다. 본 논문에서는 FRP가 외부 부착된 RC보의 장기 처짐 예측을 위해서, CFRP와 GFRP로 보강된 실험체를 제작하고, 25 kN의 지속하중을 470일간 가하여 시간 변화에 따른 처짐을 측정하였다. 또한, 이러한 처짐의 예측을 위하여 ACI-209 code 및 CEB-FIP code에 근거하여 크리프계수와 건조수축변형률을 산정하였으며, EMM과 AEMM을 사용한 ACI-318기준, Branson's method 그리고, Mayer's method를 사용하여 FRP가 외부 부착된 RC보의 장기 처짐을 예측하였다. 실험 결과, CFRP보 보강된 실험체가 가장 높은 장기 사용성을 보였으며, Mayer's method가 장기처짐에 대한 실험값을 가장 근사하게 예측한다는 것을 확인할 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제29권2호
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• pp.131-139
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• 2017

현재 우리나라 주변에서 지진 발생이 빈번하며 철근콘크리트 구조물에 적용할 수 있는 내진보강 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다. 최근 보수 보강 재료로 각광받고 있는 폴리우레아는 철근콘크리트 구조물 뿐 아니라 폭발 및 충격에도 우수한 성능을 검증된 바 있다. 폴리우레아를 이용하여 보강성능을 향상시킨 연질형 폴리우레아는 보수 보강의 한계점이 있기 때문에 연질형 폴리우레아의 주제와 경화제 함유량을 단계별로 달리하여 내진보강용 경질형 폴리우레아를 개발하였다. 개발된 재료의 성능을 검토하기 위하여 지속시간, 인장강도, 신장률, 부착성능, 경도 시험을 수행하였다. 내진보강용 폴리우레아의 경우 기존의 연질형 폴리우레아보다 높은 인장강도와 낮은 신장률의 성능을 나타냈다. 신장률이 높아지게 되면 보강된 구조물의 강성 효과가 저하되기 때문에 단계별 재료개발에서 낮은 신장률을 유도하였다. 따라서 내진보강용 폴리우레아 피막제의 제조는 피복에 의한 반영구적 제품을 제조할 수 있을 뿐 아니라 FRP, 강재, 부직포 등으로 보강된 기둥에 피복한다면 내진성 및 내구성을 최대로 할 수 있을 것이다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.95-101
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• 2020

풍력터빈 블레이드는 바람의 운동에너지를 축일로 변환하는 장치로서 상대적으로 고속 회전하면서 양력과 항력의 다양한 하중 조합과 진동에 견딜 수 있도록 내구 강도가 큰 경량의 재료를 선택하여 강성을 증가시키는 구조를 갖도록 설계되어야 한다. 본 연구는 CFRP 프리프레그를 사용하여 소형 풍력 블레이드를 제작하는 경우 공정 시간을 단축하는 기술을 개발하려는 목적으로 수행되었다. QBlade 수치해석 프로그램을 사용하여 블레이드의 형상을 결정하였다. 주어진 풍속에서 바람에 의해 부가되는 양력과 항력을 계산하는 유체역학 수치해석을 수행하고, 대표적인 블레이드 구조에 대해 블레이드 외피 재료에 가해지는 폰미세스 응력을 예측하는 재료역학 수치해석을 수행하였다. 인장 강도 시험의 불확실도를 개선하기 위해 ASTM D638 규정을 수정하여 새로운 시편의 형상을 제안하였고, 기존 형상의 인장 강도와 유사한 평균값을 얻되 파단 위치의 재현성이 향상됨을 확인하였다. 일련의 실험을 통해 소형 풍력블레이드의 제작에 블래더 가압 방식을 적용하면 충분한 내구 강도를 확보하면서 공정시간을 단축할 수 있음을 확인하였다.