• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제28권2호
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• pp.77-86
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• 2024

본 연구에서는 콘크리트 보강재로 사용되는 철근의 대체제로써, 격자형 탄소보강재를 활용하기 위해 부착거동 특성을 파악하고자 하였다. 기존의 부착거동에 관한 수치해석 제안식에서는 격자형 탄소보강재의 횡방향 격자의 영향을 이해하기 어려운 실정으로, 비선형 3D모델을 제작하여 유한요소해석을 진행하였다. 해석 수행을 위하여 비선형 재료 모델의 입력과 격자형 탄소보강재와 콘크리트 사이의 부착계면 특성을 모델링하여 실제 직접인발시험 결과와 비교를 통하여 분석을 진행하였다. 격자형 탄소보강재의 부착거동 특성은 횡방향 격자의 요인에 매우 지배적인 것으로 나타났으며, 지속적인 하중 증가 경향을 보였다.

• Composites Research
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• 제36권6호
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• pp.441-447
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• 2023

최근 경량 소재에 대한 수요 증가로 기존 금속과 복합재간 접합 관심이 지대하다. 리벳팅과 같은 볼트 체결인 기계적 결합의 경우 응력 집중, 균열 및 박리가 발생함에 따라 접착제를 사용한 화학적 결합이 주목받고 있다. 본 논문에서는 접착제의 접합강도 향상을 위해 레이저 및 플라즈마 표면처리를 진행하였으며, 이에 대한 접착특성을 평가하고자 한다. 접합강도 실험을 위해 흔히 자동차용 소재로 사용되는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), CR340(Steel)과 Al6061(Aluminum)을 실험 소재로 선정해 레이저 및 플라즈마 표면처리를 진행 후 단축전단강도를 측정하였다. 플라즈마 표면처리 후 CFRP-CR340 및 CFRP-Al6061 이종소재 시편에서 각각 접합강도가 7.3% 및 39.2% 향상되었다. CR340-Al6061 시편은 레이저 표면처리에서 기준 시편대비 56.2% 증가하였다. 플라즈마 표면처리 후 표면자유에너지(SFE)가 향상되었는데 이는 화학반응 메커니즘을 통해 손상을 최소화해 접합강도 향상을 나타낸 것으로 사료된다. 레이저 표면처리는 물리적 표면처리로 거친 접합 표면 생성으로 인해 mechanical interlocking 효과로 인해 접착 강도가 향상된 것으로 사료된다. 본 연구를 토대로 실제 구조물 파손의 대표적인 원인인 피로파손을 예방하기 위해 장기 피로시험을 진행 할 예정이다.

• 한국생산제조학회지
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• 제23권3호
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• pp.250-258
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• 2014

Due to recent industrial growth and development, there has been a high demand for light and highly durable materials. Therefore, a variety of new materials has been developed. These new materials include carbon fiber reinforced plastic (CFRP or CRP), which is a wear-, fatigue-, heat-, and corrosion-resistant material. Because of its advantageous properties, CFRP is widely used in diverse fields including sporting goods, electronic parts, and medical supplies, as well as aerospace, automobile, and ship materials. However, this new material has several problems, such as delamination around the inlet and outlet holes at drilling, fiber separation, and tearing on the drilled surface. Moreover, drill chips having a fine particulate shape are harmful to the work environment and engineers' health. In fact, they deeply penetrate into machine tools, causing the reduction of lifespan and performance degradation. In this study, CFRP woven and unidirectional prepregs were formed at $45^{\circ}$ and $90^{\circ}$, respectively, in terms of orientation angle. Using a high-speed steel drill and a TiAIN-coated drill, the two materials were tested in three categories: cutting force with respect to RPM and feed speed; shape changes around the input and outlet holes; and the shape of drill chips.

• 한국안전학회지
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• 제30권6호
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• pp.1-6
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• 2015

The actual condition is that environmental pollution due to the development of various industries has recently become a serious issue. An interest in improving the gas mileage is rising due to an increase in the number of vehicles in the era of high oil price in particular. In order to solve this problem, priority should be given to light-weight design of car body, However, at present, a design method enabling the conventional steel plate to be replaced is direly needed in order to guarantee passengers' safety according to excessive light-weight design of car body. In this study, in order to apply a design method that could realize fuel savings and environmental pollution prevention through an improvement in gas mileage together with meeting the safety requirements for vehicles, it was supposed that CFRP/Al composites member would be used as primary structural member. And to this end, it was intended to obtain optimum design data by experimentally implementing external impulsive load applied to the car body. According to results of impact test of CFRP/Al composites member, a collapsed shape of folding, crack, and bending occurred. So, it was possible to find that energy was observed. And in case of specimen having an angle of $90^{\circ}$ in the outermost layer and stack sequence of $[90^{\circ}{_2}/0^{\circ}2]s$, its collapsed length was shown to be short. Therefore, it was possible to find that the absorbed energy was shown to be higher by 20% or above at the maximum.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제16권6호
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• pp.102-112
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• 2012

최근 탄소섬유판 매립공법의 콘크리트 구조물의 보강에 적용되고 있다. 그러나 탄소섬유판 표면매립공법은 피복부 콘크리트의 강도 부족과 높이 부족 등으로 인하여 그 적용의 제한이 발생하기도 한다. 본 연구에서는 이와 같은 이유로 인하여 전단 스터럽을 절단하고 탄소섬유판을 주철근의 위치에 표면매립 보강하는 공법에 대하여 고찰하였다. 일반적인 표면매립공법과 스터럽을 절단하고 표면매립공법을 적용한 보에 대한 휨 실험을 수행하였으며, 결과를 서로 비교하였다. 탄소섬유판의 길이를 실험변수로 하였다. 실험결과에 따르면, 전단 스터럽을 절단한 보강 보의 휨거동은 일반적인 표면매립공법이 적용된 실험체의 거동과 유사한 전형적인 휨 거동을 나타내었으며, 스터럽의 절단으로 인한 구조거동상의 문제는 발생하지 않았다. 따라서, 일반적인 현장 여건에 의하여 탄소섬유판의 적용이 곤란한 경우에는 스터럽을 절단하는 본 공법의 적용이 가능한 것으로 판단된다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.333-336
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• 2008

FRP는 내부식성의 특성을 가지며 가볍고 인장강도가 커서 최근에 강재긴장재 대신 콘크리트 구조물에 활용되고 있다. 그러나 파단 시까지 선형 탄성거동을 하는 FRP는 콘크리트 보에 적용시 취성적인 파괴 경향을 보여준다. 이에 연성확보를 위해 제안된 공법이 부분 비부착 공법이다. 부분비부착공법은 긴장재 일부를 비부착시켜 연성을 확보하고 나머지 부분을 부착시켜 안전하게 정착구 역할을 대신하는 공법으로 본 연구에서 획기적으로 제안한 공법이다. 제안된 공법은 선행 연구 및 실험에 의해 연성거동을 보여 주었다. 하지만 실구조물 적용 시 안전도를 확실히 하기 위해 장기간 사용 하중에 대한 피로 성능을 검증 해야만 한다. 따라서 본 연구에서는 부분 비부착된 보를 제작하여 정적실험 결과와 피로실험 후 정적 실험결과를 비교하여 피로에 대한 정적 능력을 검증하였다. 실험 결과, CFRP로 부분비부착된 프리스트레스 콘크리트 보는 피로하중에 대해 양호한 피로성능을 보여주었다.

• International Journal of Concrete Structures and Materials
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• 제11권2호
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• pp.327-341
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• 2017

Openings in slabs are usually required for many different applications such as aeriation ducts and air conditioning. Opening in concrete slabs due to cutouts significantly decrease the member stiffness. There are different techniques to strengthen slabs with opening cutouts. This study presents experimental and numerical investigations on the use of Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) as strengthening material to strengthen and restore the load carrying capacity of R.C. slabs after having cutout in the hogging moment region. The experimental program consisted of testing five (oneway spanning R.C. flat slabs) with overhang. All slabs were prismatic, rectangular in cross-section and nominally 2000 mm long, 1000 mm width, and 100 mm thickness with a clear span (distance between supports) of 1200 mm and the overhang length is 700 mm. All slabs were loaded up to 30 kN (45% of ultimate load for reference slab, before yielding of the longitudinal reinforcement), then the load was kept constant during cutting concrete and steel bars (producing cut out). After that operation, slabs were loaded till failure. An analytical study using finite element analysis (FEA) is performed using the commercial software ANSYS. The FEA has been validated and calibrated using the experimental results. The FE model was found to be in a good agreement with the experimental results. The investigated key parameters were slab aspect ratio for the opening ratios of [1:1, 2:1], CFRP layers and the laminates widths, positions for cutouts and the CFRP configurations around cutouts.

• 콘크리트학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.273-280
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• 2011

이질 보강근의 조합 및 섬유의 혼입을 변수로 한 10개의 고강도 콘크리트 보를 제작하고 구조 실험을 수행하고 균열 후 강성, 처짐, 균열 양상, 연성에 대한 거동을 살펴보았다. 6개 부재는 철근, CFRP 보강근, GFRP 보강근의 조합으로 2단 휨 배근되었고, 4개 부재는 CFRP 보강근 혹은 GFRP 보강근으로만 2단 배근되고 강섬유 및 합성 섬유를 혼입하였다. FRP 보강근 내측에 철근을 처짐 및 균열 제어용으로 하이브리드 배근함으로써 FRP 보강근 보강 보의 낮은 강성, 큰 처짐, 낮은 연성, 깊은 균열 및 넓은 균열폭을 제어할 수 있었다. 또한, 섬유의 혼입을 통해 FRP 보강근 보강 보의 빠르고 깊은 균열이 제어되고 연성 및 내하력이 향상되었다. 섬유 혼입된 FRP 보강근 보강 콘크리트 부재 설계 시 섬유 혼입에 의해 증가된 콘크리트의 극한 압축 변형률에 대한 고려가 필요함을 알 수 있었다.

• Composites Research
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• 제28권5호
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• pp.327-332
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• 2015

본 연구에서는 고속철도 경량화를 위해 금속-탄소섬유 복합재료 하이브리드 팬터그래프에 대한 파라메트릭 연구를 수행하였다. 강철로 구성된 기존 팬터그래프의 고강성 및 경량화를 구현하기 위하여 금속 상부암의 내부와 외부를 적절한 두께로 가공하고 그 후 복합재료를 적층한 금속-탄소섬유복합재료 하이브리드 상부암을 설계하였다. 하이브리드 상부암의 구조강성과 질량 등을 고려하여 적절한 금속을 강철과 알루미늄으로 결정하였다. 각 설계 파라메터의 변화에 따른 구조의 강성 변화를 확인하기 위해 유한요소해석을 수행하였으며, 그 결과를 팬터그래프 CX-PG 모델에 접목시켜 실제 수직하중에 따른 강성과 질량 변화율을 도출하였다. 이러한 결과로부터 고강성, 경량화 팬토그래프 설계를 위한 적절한 형상조건을 제안하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제14권1호
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• pp.79-85
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• 2006

CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics) of the advanced composite materials as structural materials for vehicle, has a wide application in light-weigh structural materials of airplanes, ships and automobiles because of high strength and stiffness, However, there is a design variable to be considered in practical application of the laminate composite materials, these materials are vulnerable to transverse impact. This paper is to study the effects of stacking sequence and curvature on the penetration characteristics of composite laminate shell. They are stacked to $[0_3/90_3]S,\;[90_3/0_3]s\;and\;[0_2/90_3/0]s,\;[90_2/0_3/90]s$ and their interlaminar number two and four. They are manufactured to various curvature radius (R=100, 150, 200mm and $\infty$), When the specimen is subjected to transverse impact by a steel ball, the velocity of the steel ball was measured both before and after impact by determing the time for it to pass two ballistics-screen sensors located a known distance apart. The critical penetration energy of specimen A and B with less interfaces were a little higher than those of C and D. As the curvature increases, the critical penetration energy increases linearly because the resistance to the in-plane deformation as well as bending deformation increases, which need higher critical penetration energy. The specimen A and C have higher critical penetration energy than B and D because of different stacking sequences. We examined crack length through a penetration test. For the specimen A with 2interfaces, the longest circumferential direction crack length were observed on the first interface from the impact point. For the specimen B 4-interface, the longest circumferential direction crack length were observed on the second interface from the impact point.