• 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.

• Composites Research
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• 제24권3호
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• pp.25-30
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• 2011

복합재료의 비파괴 검사 방법에 관한 연구는 복합재료의 신뢰성 및 안전성을 개선시키는데 매우 중요하다. AE기법은 소성변형, 섬유파손, 모재균열 또는 박리에 의해 생성되는 탄성파에서 감지되는 변형 에너지를 감지하여 결함을 평가하는 기법이다. 본 논문에서는 외부 수압을 받는 필라멘트 와인딩 복합재 원통과 샌드위치 원통의 수압시험이 수행되었고, PVDF센서로부터 측정된 AE 신호특성을 분석하였다. 또한, L-C 동조회로와 Band-pass filter 회로를 가진 AE 신호분석기를 설계, 제작 하였으며, 필라멘트 와인딩 원통과 샌드위치 원통에 대한 수압실험에서 제작된 AE 신호분석기의 균열 검출 능력을 평가하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제34회 춘계학술대회논문집
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• pp.421-427
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• 2010

이 논문은 필라멘트 와인딩 공법으로 제작된 복합재 lattice 구조물에 대한 연구이다. 복합재 lattice 구조물은 helical rib과 hoop rib 구조로 이루어져 있다. 이 구조는 탄소 섬유를 에폭시에 함침 시켜 섬유의 끊어짐이 없이 연속적으로 실리콘 고무 금형의 홈 안에 필라멘트 와인딩하여 제작한 것이다. 본 연구에서는 lattice 구조물의 helical rib의 각도, 두께, 폭, 간격등을 안전율에 대하여 최적화 하는 이론을 제시하였다. 그리고 lattice 구조물의 제작방법을 기술하고 해석 및 시험결과를 기술하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제21권2호
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• pp.32-40
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• 2017

탄소섬유/에폭시 복합재의 기공함유율을 정량적으로 평가하기 위한 절차를 제시하였다. 고려한 복합재는 두 종류이며 오토클레이브 공법과 필라멘트와인딩 공법에 의해 제작하였다. 탄소섬유/에폭시 복합재의 기공함유율은 공기 중에서와 물 속에서의 무게에서 구한 복합재의 밀도와 구성재의 밀도, 그리고 산처리법과 고온연소법을 적용하여 구한 무게함유율과 부피함유율을 이용하여 평가하였다. 또한 FE-SEM을 통해 탄소섬유 표면을 관찰하여 복합재 내의 수지 제거 여부도 조사하였다. 연구결과에 따르면 복합재 내의 수지는 산처리법이나 고온연소법을 적용하면 충분히 제거할 수 있으며 구성재의 무게함유율과 부피함유율 그리고 복합재의 기공함유율은 본 연구에서 제시된 절차를 적용하면 정량적으로 평가할 수 있다.

• Composites Research
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• 제14권3호
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• pp.10-17
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• 2001

복합재료 압력용기를 개발하기 위하여 설계, 제작, 시험을 연계한 연구가 수행되었다. 섬유의 와인딩 패턴 및 각도는 CADFIL 코드를 활용하여 결정하였고, 그 각도는 [$liner/15^{\circ}/15^{\circ}/90^{\circ}/18^{\circ}/90^{\circ}/21^{\circ}/21^{\circ}/90^{\circ}$] 이었다. 압력용기의 제작은 5축 필라멘트 와인딩기를 활용하여 이루어졌다. 제조 공정 중에 광섬유 센서를 매립하여 내부 압력이 가해질 때 각 지점에서 스트레인을 측정하였다. 광섬유가 실험적으로 사용된 반면에 일반적으로 적용하는 스트레인 게이지를 부착하여 안정적인 시험결과를 확보하였다. 가압 시험결과는 유한요소 해석 결과와 비교하였고 그 결과는 유사한 일치를 보여주었다. 이 과정을 통하여 개구부 한개를 지닌 복합재료 압력용기의 설계, 제작 및 시험평가가 성공적으로 이루어져 제조기술의 확보가 가능하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.835-837
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• 2017

본 연구에서는 필라멘트 와인딩을 이용한 원통형 복합재 격자구조체의 제작 공정을 서술하였다. 원통형 복합재 격자구조체는 크게 네 단계의 제작 공정을 통해 제작된다. 격자 형상을 갖는 실리콘 금형을 맨드릴에 설치하고 연속 섬유를 실리콘 금형 위에 와인딩 한다. 섬유의 와인딩 후 모든 영역에서 동일한 두께를 갖도록 섬유 교차부의 압착 공정을 수행한다. 마지막으로 복합재 격자구조체를 오븐에서 경화하고 금형을 탈형한다. 제작된 제품의 치수는 설계 사양과 비교하여 2.4%의 오차가 발생하는 것을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제24권4호
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• pp.17-22
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• 2011

본 연구에서는, 복합재 샌드위치를 수중운동체용 구조물에 적용하기 위한 기초연구로서, 샌드위치 복합재 원통의 제작, 좌굴 해석 및 시험 방법, 중량저감 효과를 분석하였다. 우선 변재에 주름이 생기지 않도록 하는 2단계 샌드위치 제작 방법을 소개하고, 이를 사용하여 원통을 제작하여 수압시험을 수행하였다. 동시에 MSC Nastran의 셀요소와 고체요소를 사용한 유한 요소해석을 수행하여 시험결과와 비교하였다. 시험과 해석의 결과 비교로부터 선형 유한요소해석으로도 샌드위치 원통의 좌굴압력을 3% 내외의 오차로 정확히 예측할 수 있음을 확인하였다. 또한 필라멘트 와인딩 원통에 대한 인자연구를 통해 샌드위치를 사용할 경우 동일한 지지압력에서 필라멘트 와인딩 원통보다 최소 30% 이상 무게가 줄어드는 것을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제23권3호
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• pp.37-42
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• 2010

섬유 방향 강성과 강도는 복합재 압력 용기의 성능과 밀접한 관계를 갖기 때문에, 압력 용기 구조 설계시에 다른 물성들보다 중요 설계 인자가 된다. 즉 복합재 압력 용기의 내압 변형 및 파열 압력은 섬유 물성에 의해 큰 영향을 받는다. 그러므로 정확한 섬유 방향 물성을 측정할 수 있는 기법을 확립하는 것이 복합재 압력 용기 설계 전에 우선되어야 한다. 그러나 복합재 압력용기의 섬유 방향 물성은 제작 공정 변수(와인딩 장비, 작업자, 작업환경 등)와 크기 효과에 의해 큰 영향을 받으므로 기존의 시편 시험 방법으로는 정확한 섬유 방향 물성 측정이 어렵다. 섬유 물성을 측정하는 가장 이상적인 시험 방법은 실물 압력용기 파괴시험이지만 많은 비용이 소요되어, 제품으로부터 다량의 링 시편을 채취, 내압 시험을 할 수 있는 Hoop ring 시험 방법이 제시되었다. Hoop ring 시험과 실물 압력용기의 수압 파괴 시험으로부터 구한 섬유 방향 물성들은 근접된 좋은 일치를 나타내었다.

• Composites Research
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• 제21권6호
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• pp.23-30
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• 2008

본 논문에서는 자연 노화가 필라멘트 와인딩으로 제작된 압력용기의 강도 분포와 구조 사용 수명에 미치는 영향을 연구하였다. 자연 노화에 따라 변화되는 섬유 방향 파괴 변형률을 설계 확률 변수로 하는 확률 강도 해석을 수행하였다. 이때 확률강도 해석은 정확한 파열 압력을 예측하기 위해 연속 파손 모드가 고려되었고, 비선형 한계식의 해를 구하기 위해 FORM방법이 이용되었다. 해석을 통해 노화 시간별 파괴 확률 분포 선도를 구하였다. 복합재 구조물의 특성상 재료 물성 및 제작 공정 변수 영향으로 제품의 성능 변동성이 비교적 크게 나타났고, 노화로 인한 압력용기의 파열 압력 저하 현상은 대부분 10년 이내에서 발생하였다. 임의 적층의 복합재 압력 용기를 모델로 하여 수명을 평가한 결과, 파괴 확률 2.5%와 안전율 1.3을 고려한 설계 압력 3,250psi기준으로 약 13년의 사용 수명이 평가되었다.

• Composites Research
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• 제19권1호
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• pp.22-28
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• 2006

금속재 라이너를 갖는 복합재 압력용기는 라이너의 반복 수명 향상을 위해 제조 공정 중 라이너가 압축잔류응력을 갖도록 하는 자긴처리 공정을 적용할 수 있다. 본 연구에서는 자긴처리에 의한 라이너의 압축잔류응력과 이후의 응력 거동을 정확히 예측할 수 있는 유한요소해석 기법을 제시하고, 이러한 해석 결과를 바탕으로 복합재 압력용기의 반복 수명을 예측할 수 있는 방법을 제안한다. 재료 및 기하학적 비선형성을 고려한 3차원 비선형 유한요소해석을 통해 라이너의 응력 거동을 정확히 예측하고, 압력용기의 반복수명을 결정짓는 파라미터로 금속재 라이너의 폰미세스 응력을 도입한다. 라이너 재료에 대한 피로시험과 복합재 압력용기 시제품에 대한 반복시험을 통해 제안된 방법의 타당성과 유효성을 입증한다.