• Structural Engineering and Mechanics
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• 제59권1호
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• pp.1-14
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• 2016

In this paper, an alternative analytical method is presented to evaluate the nonlinear vibration behavior of single and double tapered cantilever beams. The admissible lateral displacement function satisfying the geometric boundary conditions of a single or double tapered cantilever beam is derived by using Rayleigh-Ritz method. Based on the Lagrange method and the Newton Harmonic Balance (NHB) method, analytical approximate solutions in closed and explicit form are obtained. These approximate solutions show excellent agreement with those of numeric method for small as well as large amplitude. Moreover, due to brevity of expressions, the present analytical approximate solutions are convenient to investigate effects of various parameters on the large amplitude vibration response of tapered beams.

• Composites Research
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• 제27권2호
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• pp.72-76
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• 2014

본 연구에서는 알루미늄 합금으로 된 경사진 이중외팔보의 충돌에 대해서 각각의 충격속도 2.5m/s, 7.5m/s, 12.5 m/s 별로 실험과 시뮬레이션 해석을 하였다. 접착부분에 발생하는 에너지 해방율과 응력을 평가하여 알루미늄 합금의 기계적 특성을 고찰하였다. 실험상에서는 접착 부분에서 에너지 해방율의 값이 높은 것으로 나타났다. 이는 실험에서 시험편이 분리된 후에도 접착력이 유지되는 특성 때문인 것으로 사료된다. 충격속도와 상관없이 균열이 진전하다가 접착된 부분의 끝에서 높은 응력을 발생하기 때문에 최대 등가응력은 마지막 단계에서는 올라간다. 본 연구에서의 실험 및 해석결과들은 충돌에 의한 균열 진전을 방지할 수 있는 복합재료에 대한 안전설계의 개발에 필요한 자료로 사료된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제23권6호
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• pp.1026-1038
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• 1999

Interlaminar fracture toughness of carbon/epoxy composite materials has been studied under tensile and flexural loading by the use of width tapered double cantilever beam(WTDCB) and end notched flexure(ENF) specimens. This study has significantly examined the effect of various interfacial ply orientation, ${\alpha}(0^{\circ},\;45^{\circ}\;and\;90^{\circ})$ and crack propagation direction, ${\theta}(0^{\circ},\;15^{\circ},\;30^{\circ}\;and\;45^{\circ})$ in terms of critical strain energy release rate through experiments. Twelve differently layered laminates were investigated. The data reduction for evaluating the fracture energy is based on compliance method and beam theory. Beam theory is used to analyze the effect of crack propagation direction. The geometry and lay-up sequence of specimens are considered various conditions such as skewness parameter, beam volume, and so on. The results show that the fiber bridging occurred due to the non-midplane crack propagation and causes the difference of fracture energy evaluated by both methods. For safer and more reliable composite structures, we obtain the optimal stacking sequence from initial fracture energy in each mode.

• Composites Research
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• 제27권6호
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• pp.248-253
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• 2014

본 연구에서는 발포 알루미늄으로 구성된 접착 구조물에서의 접합면에 대한 파괴 특성을 조사하기 위하여 각도를 변수로 정하고 TDCB 시험편을 설계하였다. 이 시험편들은 길이는 200 mm이고 시험편에 대한 접착면의 경사 각도는 $6^{\circ}$, $8^{\circ}$, $10^{\circ}$와 $12^{\circ}$인 네 가지로 모델링을 하였다. 이 시험편들의 실험 및 해석을 분석한 결과, 경사면 각도가 $6^{\circ}$, $8^{\circ}$, $10^{\circ}$와 $12^{\circ}$인 경우에 시험편들의 최대 하중은 각각 약 120 N, 137 N, 154 N과 171 N으로 발생하였다. 해석의 결과 값이 실험치에 가까워져 많은 차이를 보이지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서 이와 같은 연구 방법을 응용하여 실험 대신 시뮬레이션을 통하여 접착제로 접착된 알루미늄 폼으로 된 재료의 전단 거동에 관한 물성치를 효율적으로 파악할 수 있다고 사료된다.

• Composites Research
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• 제33권6호
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• pp.401-407
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• 2020

공학 및 산업 분야에서는 구조적인 부분들에서 경량 복합 소재가 강과 같은 금속 소재를 대체해 오고 있다. 이러한 복합 소재는 리벳, 용접이나 볼트 및 너트를 이용한 체결 방법을 대신하여 접착제 체결 방법을 적용하고 있다. 복합 소재에 접착제 체결 방법을 적용하기 위해서는 접착계면에 대한 강도 특성 연구가 필수적으로 요구된다. 섬유 강화 플라스틱 복합 소재인 CFRP를 용이하게 가공하여 본 연구를 수행하였다. CFRP와 알루미늄(Al6061), 알루미늄 폼(Al-foam)을 가진 이종 복합 소재로 된 경사진 이중외팔보(TDCB) 시험편들로서 면내 전단과 면외 전단의 하중 조건들하에서 정적 실험을 수행하였다. 본 연구 결과를 통하여 이중외팔보들의 파괴 특성과 그 파단 시점을 파악하여 접착계면을 가진 이종 복합 소재 구조물에 관한 내구성을 검토하였다.

• 한국융합학회논문지
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• 제9권12호
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• pp.175-180
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• 2018

본 연구에서는 CFRP를 적층각도 45도로 제작하고 구조용 접착제로 접착된 TDCB(Tapered Double Cantilever Beam) 시험편을 CATIA로 설계를 하였고, 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 이용하여 해석을 진행하였다. 연구 모델은 영국 산업 및 ISO 표준에 기초하여 설계하였으며, 모델 형상의 각도에 따라서 형상계수(m)를 변수로 설정하였다. 본 논문의 연구 결과로서, 모든 해석 시험편들 중에서 $4^{\circ}$ 인 경사 각도를 가진 시험편에서 최대 변형량은 12.628mm로 가장 높았으며 $8^{\circ}$에서 12.352mm으로 가장 낮은 값을 각각 보였다. 또한, 최대등가응력은 그 각도가 $6^{\circ}$에서 9210.3MPa가장 높았으며 $8^{\circ}$에서 4800.5MPa로 가장 낮은 값을 각각 보였다. 본 연구 결과를 통하여 CFRP로 제작된 적층각도를 가진 TDCB 구조물의 파손데이터를 확보할 수 있었으며, 본 연구결과를 토대로 얻은 CFRP로 접착된 TDCB 구조물의 파손데이터를 활용함으로서 실생활에서의 기계나 구조물에 융합하여 그 미적 감각을 나타낼 수 있다.

• Smart Structures and Systems
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• 제32권3호
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• pp.167-177
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• 2023

A probabilistic micromechanical framework is proposed to quantify numerically the self-healing capabilities of polymers containing microcapsules. A two-step self-healing process is designed in this study: A probabilistic micromechanical framework based on the ensemble volume-averaging method is derived for the polymers, and a hitting probability model combined with a crack nucleation model is then utilized for encountering microcapsules and microcracks. Using this framework, a series of parametric investigations are performed to examine the influence of various model parameters (e.g., the volume fraction of microcapsules, microcapsule radius, radius ratio of microcracks to microcapsules, microcrack aspect ratio, and scale parameter) on the self-healing capabilities of the polymers. The proposed framework is also implemented into a finite element code to solve the self-healing behavior of tapered double cantilever beam specimens.

• 대한기계학회논문집A
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• 제33권5호
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• pp.474-481
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• 2009

Fracture models and criteria of adhesive with two parameters, namely $G_C$ and ${\sigma}_{max}$, have been developed to describe the fracture process of adhesive joints. Cohesive zone model(CZM) is a representative two parameter failure criteria approach. In CZM, ${\sigma}_{max}$ is a critical, limiting maximum value of the stress in the damage zone ahead of the crack and is assumed to have some physical significance in adhesive failure. Based on CZM and finite element analysis method, the relationship between fracture load and adhesive properties, as $G_{IC)$ and $({\sigma}_{max})_I$, was investigated in adhesively bonded joint tensile test and T-peel test. The two parameters in tensile mode loading were evaluated by using the relationship. The value of $G_{\IC}$ evaluated by proposed method showed close agreement with analytical solution for tapered double cantilever beam(TDCB) test which proposed in an ASTM standard.