Abstract
A series of test was performed measuring the failure strength and failure mode of Gr/Pi, $[0^{\circ}/45^{\circ}/90^{\circ}/-45^{\circ}]_s$ laminate containing a single pin loaded hole. The finite element method is applied to calculate the stress distribution in the laminates, then the failure load and the failure mode were predicted by means of the characteristic length. 12 different geometric variations were developed to analyze the effects of the ratio of specimen width to hole diameter (W/d) and ratio of edge distance to hole diameter (L/d). X-Ray of NDE methods were utilized in finding out the initial defects, damage and the fracture mechanism, and SEM(Scanning Electron Microscopes) was used the evaluation of the fracture mechanism and crack propagation around hole under tension pin loading. $[0^{\circ}/45^{\circ}/90^{\circ}/-45^{\circ}]_s$ laminate are found to be most sensitive to W/d but not so influenced by L/d. The failure mode and tensile strength predicted by the model show agreement with experiment data for pin loading bolted jointed test except range of $L/d{\leqq}3$.
기계적 체결방법은 분해 및 조립이 용이하고 본드접착에 의한 결합보다 신뢰도가 높은 장점이 있으나 원공으로 인한 높은 응력집중을 초래하고 국부적으로 집중된 응력 재분포의 메카니즘이 등방성 재료와는 달리 매우 복잡하고 실적 데이타 및 실험자료가 거의 없어, 복합재료구조물의 결합방법으로 많은 연구 검토를 필요로 하고 있다. 본 연구에서 사용한 시편은 $[0^{\circ}/45^{\circ}90^{\circ}/-45^{\circ}]_s$ 적층판으로 W(시편의 폭)/d(핀의 직경) 및 L(edge의 거리)/d를 변화시키면서 실험을 수행하여 기하학적 형상 및 적층강도 변화에 따른 파손강도 및 파손양상을 측정하여 그 결과를 이론해석 값과 비교하였다. 실험결과에 따라 최적기법으로 만든 새로운 변수 $\alpha,\;\beta,\;\gamma$를 재료상수로 취급하여 W/d및 L/d와 체결강도와의 관계식을 이용하면, 동일한 재료로 제작한 적층판의 체결강도를 8%이내의 오차로 예측 가능하다. 초음파 탐상법(Ultrasonic C-scanning)으로는 손상영역 탐색 및 손상영역 확대과정을 파악하고, X-ray로는 몇 단계 하중상태에서 손상부를 촬영하였고, SEM(Scanning electron microscopes)을 이용 원공주위 파손부의 균열의 진전상태를 미시적으로 관찰하였다. 파손강도 및 파손양상에 대한 실험결과와 FEM이론해석 모델에 예측한 값과의 차이는 $L/D=2{\sim}3$인 경우를 제외하고는 대부분 일치하였다.