• 제목/요약/키워드: fiber waviness

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다양한 형태의 보강섬유 굴곡을 가지는 두꺼운 복합재료의 인장/압축 하중 하에서의 응력/변형률 분포 (Stress and Strain Distribution of Thick Composites with Various Types of Fiber Waviness under Tensile and Compressive Loadings)

  • 신재윤;이승우;전흥재
    • 한국복합재료학회:학술대회논문집
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    • 한국복합재료학회 2000년도 춘계학술발표대회 논문집
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    • pp.97-100
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    • 2000
  • A FEA(finite element analysis) model was proposed to study stress and strain distributions in thick composites with various types of fiber waviness under tensile and compressive loadings. Three types of model were considered in this study: uniform fiber waviness, graded fiber waviness and localized fiber waviness models. In the analysis, both material and geometrical nonlinearities due to fiber waviness were incorporated into the model utilizing energy density and incremental method. The strain distributions of uniform fiber waviness model were strongly influenced whereas the stress distributions were little influenced by fiber waviness. The stress and strain distributions of graded and localized fiber waviness models showed more complex distributions than those of uniform fiber waviness model due to the variation of fiber waviness along the thickness and length directions. It was concluded that the stress and strain distributions of composites with fiber waviness were significantly affected by types of fiber waviness.

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인장/압축 하중 하에서 FEA를 이용한 굴곡진 보강섬유를 가진 두꺼운 복합재료의 강도예측에 관한 연구 (Strength Prediction of Thick Composites with Fiber Waviness under Tensile/Compressive Load Using FEA)

  • 류근수;전흥재
    • 한국복합재료학회:학술대회논문집
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    • 한국복합재료학회 2001년도 추계학술발표대회 논문집
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    • pp.129-132
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    • 2001
  • Fiber waviness is one of manufacturing defects encountered frequently in thick composite structures. It affects significantly on the behavior as well as strength of thick composites. The effects of fiber waviness on tensile/compressive nonlinear elastic behavior and strength of thick composite with fiber waviness are studied theoretically and experimentally. FEA(Finite Element Analysis) models are proposed to predict tensile/compressive nonlinear behavior and strength of thick composites. In the FEA models, both material and geometric nonlinearities were incorporated into the model using energy density, iterative mapping and incremental method. Also Tsai-Wu criteria was adopted to predict the strength of thick composites with fiber waviness. Tensile and compressive tests were conducted on the specimens with uniform fiber waviness. It was observed that the degree of fiber waviness in composites significantly affected the nonlinear behavior and strength of the composites

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초음파를 이용한 두꺼운 복합재료의 보강섬유 굴곡 평가 (Nondestructive Evaluation of Fiber Waviness in Thick Composites by Ultrasonics)

  • 장필성;전흥재
    • 한국복합재료학회:학술대회논문집
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    • 한국복합재료학회 1999년도 추계학술발표대회 논문집
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    • pp.258-263
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    • 1999
  • In this study, the numerical and experimental investigations were conducted to understand ultrasonic wave propagation and to evaluate the degree of fiber waviness in thick composites nondestructively. The path, energy and traveling time of insonified wave were predicted by adopting the ray and plane wave theories. In the analysis, the composites were assumed to have continuous fiber with sinusoidal waviness in a matrix and were modeled as stacks of infinitesimally short length off-axis elements with varying fiber orientation along the length direction. From the experiments on the specially fabricated thick composite specimens with various degrees of uniform fiber waviness, the energy distributions of received wave were obtain for the various positions of transmitter. It was observed that the energy of wave was converged to the adjacent peaks of fiber waviness. The location where maximum energy of wave was detected from the experiments showed good agreement with the location obtained from theoretical predictions. Finally, the test procedure was Proposed to evaluate fiber waviness in thick composites by considering the energy of wave and relative distance between transmitter and receiver.

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굴곡진 보강섬유가 복합재료의 기계적 특성에 미치느 영향과 일정한 보강섬유의 굴곡비를 가지는 복합재료의 성형방법에 관한 연구 (Effects of Fiber Waviness on Elastic Properties of Composites and New Fabrication Method for Composites with Uniform Fiber Waviness)

  • 전흥재;신재윤;최흥섭
    • 한국정밀공학회지
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    • 제16권9호
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    • pp.135-142
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    • 1999
  • A constitutive model was proposed to study the effects of fiber waviness on the elastic properties of unidirectional composite materials. The predictions showed that the degree of fiber waviness significantly affected the elastic properties of composite materials. A special fabrication technique was developed for thic composite materials with various fiber waviness ratios. Tensile, compressive and flexural tests were conducted to obtain the elastic properties of composite materials with fiber waviness experimentally. The experimental result were in good agreement with the predictions.

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굴곡진 보강섬유를 가진 두꺼운 복합재료의 인장/압축 비선형 거동 및 강도예측 (Predictions of Nonlinear Behavior and Strength of Thick Composites with Fiber Waviness under Tensile/Compressive Load)

  • 유근수;전흥재
    • 한국정밀공학회:학술대회논문집
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    • 한국정밀공학회 2001년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.819-822
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    • 2001
  • Fiber waviness is one of manufacturing defects encountered frequently in thick composite structures. It affects significantly on the behavior as well as strength of thick composites. Thick composites with fiber waviness have two kinds of nonliearity. One is material nonlinearity, and the other is geometrical nonliearity due to fiber waviness. There are only a few studies that have considered both material and geometrical nonlinearities. In this paper, a FEA model was proposed to predict nonlinear behavior and strength of thick composites with fiber waviness.

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굴곡진 보강섬유를 가진 복합재료의 인장/압축 비선형 거동을 예측하기 위한 새로운 해석모델의 개발에 관한 연구 (New Constitutive Models for Tensile/Compressive Nonlinear Elastic Behaviors of Composite Materials with Fiber Waviness)

  • 전홍재;신재윤;최흥섭
    • Composites Research
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    • 제12권1호
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    • pp.59-67
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    • 1999
  • 보강섬유의 굴곡을 가지는 일방향성 graphite/epoxy 복합재료의 비선형거동에 대하여 이론 및 실험을 통하여 고찰하였다. 해석모델에서 공액에너지밀도와 순차적 해석방법을 이용하여 보강섬유의 굴곡에 의한 재료적 비선형 특성 및 기하학적 비선형 특성을 모두 고려하였으며, 이를 이용하여 보강섬유의 굴곡정도에 따른 복합재료의 기계적 특성값의 변화 및 인장/압축 거동을 일정한 보강섬유의 굴곡을 가지는 모델, 재료의 중심에서 바깥쪽으로 갈수록 보강섬유의 굴곡이 점차 줄어드는 모델 그리고 재료의 일부분에만 보강섬유의 굴곡이 존재하는 모델에 대하여 예측하였다. 그리고 여러 굴곡 정도에 대한 일정한 보강섬유의 굴곡을 가지는 두꺼운 복합재료를 제작하고 인장/압축 실험을 수행하여 그 결과와 예측 결과를 비교하였다. 실험 결과는 예측 결과와 잘 일치하였으며, 보강섬유의 굴곡이 복합재료의 기계적 특성에 큰 영향을 미침을 알 수 있었다.

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굽힘 하중 하에서 굴곡진 보강섬유를 가진 두꺼운 복합재료 보의 응력 분포 해석 (Stress and Strain Analyses of Thick Composites with Fiber Waviness under Flexural Loading)

  • 이승우;전흥재
    • 한국복합재료학회:학술대회논문집
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    • 한국복합재료학회 1999년도 추계학술발표대회 논문집
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    • pp.95-100
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    • 1999
  • A FEA(finite element analysis model) was proposed to study stress and strain distributions in thick composites with fiber waviness and initial curvature under flexural loading. Three types of model with initial curvature were considered in this study: flat, concave and concave models. In the analysis, both material and geometrical nonlinearities were incorporated. Four point flexural tests were conducted on the flat specimens to obtain the flexural behavior of thick composites experimentally. It was concluded that the predictions from the models were in good agreement with the experimental results. It was shown that the stress and strain distributions as well as nonlinear flexural behaviors of thick composites were significantly affected by the fiber waviness and initial curvature.

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FEA 모델을 이용한 굴곡진 보강섬유를 가진 두꺼운 복합재료의 비선셩 거동에 관한 연구 (Nonlinear Elastic Analysis of Thick Composites with Fiber Waviness Using a FEA Model)

  • 이승우;전흥재
    • 한국복합재료학회:학술대회논문집
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    • 한국복합재료학회 1999년도 춘계학술발표대회 논문집
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    • pp.43-47
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    • 1999
  • A FEA model is proposed to study the effects of fiber waviness on tensile/comprssive nonlinear behaviors of thick unidirectional composites. In the analyses both material and geometical nonlinarities are considered. The predicted results from the FEA model are compared with those obtained from the previous analytical model (thin carpet model) Tensile/compressive tests are also conducted on the specimens with various controlled fiber waviness to obtain the nonlinear behaviors of composites experimentally. The predictions from the FEA model show better agreements with the experiments than those from the analytical model.

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일정한 보강섬유 굴곡이 있는 두꺼운 복합재료에서의 초음파 전파에 관한 연구 (Ultrasound Wave Propagation in Thick Composites with Uniform Fiber Waviness)

  • 전흥재;장필성
    • 비파괴검사학회지
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    • 제21권3호
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    • pp.288-298
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    • 2001
  • 복합재료는 우수한 재료특성을 가지고 있어 기존의 금속 재료를 대신하여 많은 분야에서 사용되고 있다. 최근 들어서 큰 하중을 받는 구조재로 사용이 확대되면서 많은 수의 복합재료 단일층을 두껍게 적층한 두꺼운 복합재료의 사용이 늘어나고 있다. 복합재료를 두껍게 적층하는 경우 성형과정 중에 보강섬유 굴곡이 발생하기 쉬운데 두꺼운 복합재료 내에 발생한 보강섬유의 굴곡은 강성 및 강도를 감소시켜 구조물의 안정성을 저하시킨다. 따라서 두꺼운 복합재료로 만들어진 구조물에 내재된 보강섬유 굴곡의 유무나 정도를 알아내는 것은 구조물의 안전성 확보를 위해 매우 중요하다. 본 연구에서는 초음파를 이용한 비파괴 평가를 위해 굴곡진 보강섬유를 가진 복합재료 내에서 초음파 전파 특성에 대한 연구를 수행하였다. 여러 가지 일정한 굴곡비의 보강섬유 굴곡을 가지는 두꺼운 복합재료에 대해서, 평면파(plane wave) 이론과 파선 추적(ray tracing) 이론을 이용한 수치 해석 방법으로 초음파 전파에서 보강섬유의 굴곡의 영향을 예측하고, 보강섬유 굴곡 정도에 따른 초음파 전파 특성의 변화를 예측하였다. 이론적 해석을 검증하기 위해서 여러 가지 일정한 보강섬유의 굴곡비를 가지는 복합재료 시편을 제작하여, 초음파 투과법(through-transmission) 시험을 수행하였다. 이를 통해 일정한 보강섬유의 굴곡을 가지는 복합재료 내의 초음파 전파 특성과, 보강섬유의 굴곡 정도에 따른 초음파 전파 특성의 변화를 이론적으로 얻어진 결과와 비교하여 두꺼운 복합재료 내에 존재하는 보강섬유의 굴곡이 초음파 전파에 미치는 영향을 알 수 있었다.

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섬유다발의 굴곡도에 따른 유연직물복합재료의 등가탄성계수 예측 (Prediction of Equivalent Elastic Modulus for Flexible Textile Composites according to Waviness Ratio of Fiber Tows)

  • 서영욱;김성준;안석민
    • 항공우주기술
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    • 제9권2호
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    • pp.73-79
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    • 2010
  • 본 연구에서는 비선형 유한요소 해석을 수행하여 굴곡도에 따른 유연직물복합재료의 등가 탄성계수를 예측하였다. 해석은 상용 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS를 사용하여 수행되었다. 해석에서는 섬유다발의 재료적 비선형성과 대변형 시 발생하는 기하학적 비선형성이 고려되었으며, 섬유다발의 대 전단 변형으로 발생하는 기하학적 비선형성을 고려하기 위하여 사용자 부프로그램을 작성하여 이를 ABAQUS내에 삽입하였다. 결과에서는 일축하중 상태에 있는 유연직물복합재료의 응력-변형률 거동을 예측하여 이로부터 계산된 등가탄성계수를 시험결과와 비교하였으며, 다양한 섬유 굴곡도를 갖는 유연직물복합재료에 대한 등가탄성계수를 계산하였다.