Composite structures are generally pressurized at both sides when repaired by the scarf repair method. But single-face vacuum bag curing (SVC) may be used in some practical scarf repair of penetration damage due to the low accessibility of composite structures, which can decrease bonding quality and may reduce structural mechanical properties. In this paper, experimental investigations were conducted on tensile and compressive properties of scarf-repaired composite laminates using SVC and double-face vacuum bag curing (DVC) in four hygrothermal environments. Finite element models of composite scarf joints with voids were established to further explore the failure mechanism of scarf-repaired laminates. Results show that the curing condition hardly affects tensile and compressive properties of the repaired laminates though it significantly affects the bonding quality with adhesive inner voids. Failure loads of scarf joints almost keep unchanged with adhesive voids increasing.
본 연구에서는 스카프 패취가 접착된 복합소재 샌드위치 적층판의 압축강도 회복특성을 평가하였다. 본 연구에서는 알루미늄 허니콤 심재와 CF1263 직조된 탄소/에폭시 면재를 갖는 틸팅열차차체에 적용된 샌드위치 시험편이 이용되었다. 샌드위치 시험편은 저속충격에 의해 손상을 가하고, 스카프 보수기법에 의해 보수되었다. 보수 후 CAI시험을 통해 충격 후 압축강도를 평가하여 강도회복정도를 정량적으로 규명하였다. 본 시험으로부터 단지 스카프 보수를 적용한 경우 약 72%정도의 강도를 회복하였고, 추가보수층 한층을 추가했을 경우 약 91%까지 강도를 회복시킬 수 있음을 확인하였다.
The damage characters of scarf repaired composite laminates subjected to low-velocity impact with various energy levels at different locations are studied experimentally. The results are compared with those of the original laminates which have no initial damage and don't need repair. The impact load-time history of the specimens, the velocity-time curves of the impactor, the post impact compressive strength of the specimens and the C-scan photographs of the damaged regions are obtained. The delamination threshold load and damage character of the specimen section at impact point are also studied. The results have shown that the impact response of a repaired composite laminate is sensitive to the location of the impact. The impact load and the delamination threshold load have shown different characters for specimens with different impact locations. The debonding characters of the adhesive and compressive strength after impact of the specimens are also influenced by impact locations.
This paper explains compressive behaviors of sandwich composite laminates with adhesively bonded patches. The sandwich composite laminate is used for a train carbody structure and is of an aluminum honeycomb core and CF1263 woven fabric carbon/epoxy faces. The sandwich composite laminates were damaged by low velocity impact. The damaged sandwich composite laminate was repaired using scarf repair method. Then, the strength restoration of it was assessed by compressive test. From the test, it could be known that the compressive strength was restored up to 91% of undamaged one.
This study examined the relationship between the scarf angle and stress distribution, and estimated the strength recovery via a finite element analysis. The following conclusions were drawn from this study. Resin will fracture due to a tensile load with a high scarf angle, which is similar to the patch repair method. An applied stress can be loaded to a repaired laminate if the scarf angle is $5^{\circ}$. The Von-Mises stress increases with decreasing scarf angle, with the exception of a scarf angle of $30^{\circ}$, where the scarf angle can indicate the rates of shear and normal stresses. Strength recovery can be better if the scarf angle is decreased to a lower angle. However, scarf machining requires more time, a high skill level and considerable expense. Therefore, a scarf angle of $5^{\circ}$ is the most effective for a repair. These results may provide a guide for engineers wishing to formulate a standard for repair. The scarf angle needs to be carefully managed for a more efficient composite repair.
히트블랑켓을 이용한 통상의 복합재 패치 수리의 경우, 진공백만을 이용하여 접착제에 압력을 가하게 된다. 그러나 본 연구에서는 진공백 위에 다시 공기압을 추가로 가할 수 있는 가압장치를 개발하였다. 개발된 가압장치의 성능을 검증하기 위해 탄소섬유 복합재 적층판을 스카프 패치로 수리하고 인장시험을 수행하여, 결함이 없는 온전한 구조물과의 강도를 비교하였다. 또한 비교를 위해 오토클레이브를 사용하여 패치를 접착한 동일한 형상의 시편에 대한 인장시험도 같이 수행하였다. 시험 결과 외부압력 없이 히트블랑켓과 진공만으로 수리한 시편, 개발된 가압장치로 1 기압을 추가로 가하여 수리한 시편, 그리고 오토클레이브에서 동일한 외부압력을 가하면서 수리한 시편의 인장강도 회복율은 각각 74.9, 81.0, 78.2%로 나타났다. 수분을 포화시킨 시편에 대한 인장강도 시험과 상온건조 인장 피로시험의 결과에서도, 개발된 가압장치를 이용해 1 기압 외부압력으로 제작한 시편은 오토클레이브로 제작한 시편과 동일한 수준 이상의 강도를 보이는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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