• 한국정밀공학회지
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• 제17권9호
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• pp.81-86
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• 2000

This paper was carried out to investigate the characteristics of interlaminar fracture toughness of foam core sandwich structures under opening loading mode by using the double cantilever beam (DCB) specimens in Carbon/Epoxy and foam core composites. instead of using symmetric geometry of DCB specimen non-symmetric DCB specimen was used to calculate the interlaminar fracture toughness. Three approaches for calculating the energy release rate({{{{ {G }_{IC } }}}}) were compared. Fracture toughness of foam core sandwich structures by autoclave vacuum bagging and hotpress were compared and analyzed. Experiment nonlinear beam bending FEM method were performed. Suggested bonding surface compensation and equivalent area inertia moment was used to calculate the energy release rate in nonlinear analytical results. The conclusions among experimental nonlinear analytical and FEM results was observed. The vacuum bagging method was shown to be able to substitute method in stead of autoclave without serious loss of Mode I energy release rate({{{{ {G }_{IC }}}}}) to be able to substitute method in stead of autoclave without serious loss of Mode I energy release rate({{{{ {G }_{IC }}}}}).

• Composites Research
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• 제35권2호
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• pp.61-68
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• 2022

복합재료는 비강도, 비강성 및 내부식성 등이 우수하여 항공우주산업뿐만 아니라 다양한 산업에서 사용되고 있다. 그러나 복합재료는 충격에 취약하고 이러한 충격은 복합 재료 내부의 균열 형성과 균열 성장으로 이어져 구조 파단의 원인이 된다. 본 논문에서는 음향 방출 신호 및 유한요소해석(Finite element analysis, FEA)을 이용하여 복합재 적층판의 Mode I 파괴 모드의 특성을 분석하였다. DCB 시험은 탄소/에폭시 적층판의 Mode I 파괴 특성을 분석하기 위하여 수행되었고 시편의 파괴에 의해서 발생되는 탄성파를 측정하기 위하여 시편에 음향 방출 센서를 부착하였다. 누적 음향 방출 에너지와 균열 선단 위치의 관계를 이용하여 시편의 파괴 인성(Fracture toughness, G_I)을 계산하였다. 계산된 파괴 인성 값을 유한요소모델에 적용하여 해석을 수행하였고 하중-변위 곡선 및 균열 길이-변위 곡선을 통하여 DCB 시험 결과와 비교/분석하였다. 유한요소해석 및 DCB 시험의 결과가 잘 일치함을 보였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권4호
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• pp.497-502
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• 2013

본 논문에서는 종류가 다른 부직포가 삽입된 하이브리드 복합재료의 Mode I 층간파괴인성에 관한 연구를 수행하였다. Mode I 층간파괴인성값($J/m^2$)은 DCB실험에 의하여 얻어졌으며, 부직포를 삽입하지 않은 시편과 3종류의 부직포(8 $g/m^2$의 탄소부직포, 10 $g/m^2$의 유리부직포, 8 $g/m^2$의 폴리에스테르부직포)가 각각 삽입된 시험편에 대하여 실험을 수행하였다. 각 시험편들에 대한 Mode I 층간파괴인성값은 부직포를 삽입하지 않은 시편을 기준으로 탄소부직포를 삽입한 시편은 6.3% 감소하였고, 유리부직포를 삽입한 시편은 약 11.4% 감소한 반면 폴리에스테르부직포를 삽입한 시편은 약 69.4% 증가하였다. 폴리에스테르부직포는 탄소부직포에 비해 저렴하며 가볍고, Mode I 층간파괴인성값을 크게 증가시킴을 알 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제26권5호
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• pp.396-408
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• 2016

암석파괴역학은 토목공학과 암반공학의 다양한 분야에서 널리 적용되는 학문이다. 그러나 대부분의 암반 공학 문제에서 mode II 거동이 우세함에도 불구하고 관련 연구는 mode I 거동에 대한 것이 대부분이다. 현재 mode I의 경우 4개, mode II 파괴인성의 경우 단 한 개의 ISRM 표준시험법이 있다. 본 연구에서 제안하는 새로운 시험법은 문헌조사를 통해서 필요조건으로 구속압 가능 여부, 노치성형의 용이성, 기존 시험장비의 활용, 단순한 시험절차를 정하고 이에 부합하도록 개발하였으며 SCC(Short Core in Compression)로 이름을 정하였다. Mode II 파괴인성 계산에 필요한 응력확대계수 계산식을 3차원 수치해석을 통해 선하중과 분포하중 조건에 대해서 구하였고 노치성형을 위한 지그도 제작하였다. 개발된 시험법을 MTS 시스템을 사용하여 화강암에 적용하였으며 가압속도는 0.002 mm/s로 하였다. 시험 결과 $2.33MPa{\sqrt{m}}$의 mode II 파괴인성을 얻었다. 동일한 화강암 블록에서 확보한 시험편에 대하여 간접인장시험으로 구한 mode I 파괴인성은 $1.12MPa{\sqrt{m}}$였다. 따라서 $K_{IIC}/K_{IC}=2.08$로 mode II 파괴인성이 mode I보다 크게 나타났다. 또한 비교적 매끄러운 파괴면과 암분의 생성을 통하여 SCC 시험법이 mode II 거동을 잘 표현함을 확인하였다. 따라서 제안된 SCC 시험법은 암석의 mode II 파괴인성을 결정하는 데 사용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제12권2호
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• pp.63-69
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• 2000

This study investigates a new method of using a concrete disk to calculate stress intensity factor (SIF) for mixed mode cases. The results indicate that the disk method is more accurate than three point bending test (TPB) in obtaining correct SIF values for mixed mode fracture propagation. Stress intensity factors $K_{I}$ and $K_{II}$ are calculated using a center notched disk subjected to splitting load. The notch angle is calculated by finite element (FEM). Fracture toughness $K_\textsc{k}$ of the concrete is obtained from the load intensities at the initiation of crack propagation. According to the finite element analysis(FEA) and disk test, the results show that mode I and mixed mode cracks propagate toward the directions of crack face and loading point, respectively. The results from FEA with maximum stress theory compare well with the experimental date. Unlike TPB method where an accurate fracture toughness value is difficult to obtain due to the irregular shape of load deflection curve and delayed final crack propagation (following slow stable cracking). fracture toughness value is easily measured in the disk test from the crack initial load. Therefore, it is safe to conclude that disk method is more advantageous than TPB method in analyzing combined mode fracture problems.

• Steel and Composite Structures
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• 제31권2호
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• pp.113-123
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• 2019

In this study, carbon fiber/epoxy (CF/EP) composites were interleaved with aramid nonwoven veils with an areal weight density of $8.5g/m^2$ to improve their Mode-I fracture toughness. The control and aramid interleaved CF/EP composite laminates were manufactured by VARTM in a [0]4 configuration. Tensile, three-point bending, compression, interlaminar shear, Charpy impact and Mode-I (DCB) fracture toughness values were determined to evaluate the effects of aramid nonwoven fabrics on the mechanical performance of the CF/EP composites. Thermomechanical behavior of the specimens was investigated by Dynamic Mechanical Analysis (DMA). The results showed that the propagation Mode-I fracture toughness values of CF/EP composites can be significantly improved (by about 72%) using aramid nonwoven fabrics. It was found that the main extrinsic toughening mechanism is aramid microfiber bridging acting behind the crack-tip. The incorporation of these nonwovens also increased interlaminar shear and Charpy impact strength by 10 and 16.5%, respectively. Moreover, it was revealed that the damping ability of the composites increased with the incorporation of aramid nonwoven fabrics in the interlaminar region of composites. On the other hand, they caused a reduction in in-plane mechanical properties due to the reduced carbon fiber volume fraction, increased thickness and void formation in the composites.

• 터널과지하공간
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• 제29권6호
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• pp.523-531
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• 2019

암석역학이나 암반공학의 여러 활용 분야 중 발파, 천공 및 기계굴착의 경우에는 파괴인성이 중요한 요소이며, 암석의 파괴인성을 측정하기 위한 여러 가지 방법들이 제안되었다. 본 연구에서는 간단히 시험편을 제작할 수 있고, 압축 하중으로 암석의 모드 I 파괴인성을 구할 수 있도록 쐐기 분열 시험편(Wedge Splitting Test Specimen)을 이용하였다. 쐐기의 작용하는 연직하중에 의한 수직 및 수평하중 모두를 고려한 균열선단의 응력상태로부터 수치해석을 통한 응력확대계수의 식을 제안하였다. 쐐기 분열 시험편에 의해 구해진 모드 I 파괴인성값을 GD와 SENB 시험편의 시험 결과와 비교하여 시험법의 타당성을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제26권2호
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• pp.141-145
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• 2013

본 연구에서는 CFRP 적층판에 다양한 종류의 부직포를 삽입하여 모드 II 층간파괴인성을 평가하고, 파단면의 SEM 분석을 통해 층간파괴인성의 증가 원인을 파악하였다. 모드 II 층간파괴인성값($J/m^2$)은 ENF실험에 의하여 얻어졌으며, 부직포를 삽입하지 않은 시편과 3종류의 부직포(8 $g/m^2$의 탄소부직포, 10 $g/m^2$의 유리부직포, 8 $g/m^2$의 폴리에스테르부직포)가 각각 삽입된 시험편들이 준비되었다. 각 시험편들에 대한 모드 II 층간파괴인성값은 부직포를 삽입하지 않은 시편을 기준으로 탄소부직포를 삽입한 시편은 197.7% 증가하였고, 유리부직포를 삽입한 시편은 약 135.4% 증가하였으며, 폴리에스테르부직포를 삽입한 시편은 약 158.7% 증가하였다. 부직포 삽입에 의한 모드 II 층간파괴인성값의 증가 원인은 SEM 분석에 의한 결과 단섬유의 섬유가교(Fiber bridging), 섬유파단(Fiber breakage), 헥클(Hackle) 등의 발생에 기인된 것으로 확인되었다.

• 동력기계공학회지
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• 제4권3호
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• pp.48-54
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• 2000

This paper describes the effect of molding pressure, specimen geometries for Mixed Mode I/II interlaminar fracture toughness of carbon fiber reinforced plastic composites by using asymmetrical double cantilever beam(ADCB) specimen. The value of $G_{I/IIC}$ as a function of various molding pressure is almost same at 307, 431, 585 kPa. However it shows the highest value under 307 kPa molding pressure. The effect of $G_{I/IIC}$ due to the change of initial crack length of ADCB specimen was almost negligible in this study. It turns out that the condition for mix mode quasi-static crack growth in ADCB specimen is the ratio of the crack length to that of the specimen, i.e., ${\alpha}/L<0.4$.

• 대한기계학회논문집A
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• 제26권1호
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• pp.113-120
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• 2002

Experimental procedure to measure fracture toughness (J$_{c}$) under mixed mode loading using CTS(Compact Tension-Shear) specimens is described. It\`s loading angle ranges from 0$^{\circ}$ to 45$^{\circ}$ with interval of 157. The general outline of experimental procedure is similar to that of ASTM E8l3-89 fur mode I fracture. Equations fur determining J-integral is quoted from the authors' previous works. The relation between unloading compliance and physical crack size was calibrated. As an example, fracture toughness of aluminum alloy 2024p-7361 was measured and some reasonable results of J$_{c}$ with various loading angles were obtained.