Study on Fatigue Behavior of Carbon Fiber Reinforced Polyimide Composites

탄소섬유강화 복합적층판의 피로특성에 관한 연구

Fatigue behavior of carbon fiber reinforced polyimide composite materials was studied experimentally and analytically. The physical variables, such as cyclic displacements and hysteresis loop energy were observed during fatigue tests. Fatigue life of the investigated [0/90]$_{2S}$ laminates was predicted by H'||'&'||'H models which was proposed based on the fatigue modulus and resultant strain. The predicted fatigue life by H'||'&'||'H curves was reasonably close to the experimental data. Fractography study shows that fatigue failure mechanism of [0/90]$_{2S}$ laminated composite materials involves failure break, matrix tearing and fiber-matrix debonding as well as delamination of layers.

본 연구에서는 "피로계수" (Fig.1)라는 새로운 개념을 도입하여 피로수명을 예측하였다. 먼저, 임의의 피로주기에서 피로계수 감소율은 피로주기의 지수함수를 따른다는 가정을 사용하고, 이를 적분하여 피로계수의 함수로 표현되는 피로수명식을 얻었다. 그리고 이 식에 변형률 파괴기준을 적용하여 최종적인 피로수명 예측식을 유도하였다. 이렇게 유도된 식은 재료상수가 결정되었을 때 임의의 응력상태하에서 의 피로수명을 예측할 수 있게 된다. 제안된 식을 탄소섬유 복합적층판에 적용하여 단일 응력에서의 피로 수명을 예측한 결과, 본 연구에서 제안한 피로수명 예측식(H '||'&'||' H curve)이 기존의 식보다 실험치와 더 잘 일치함을 알 수 있었다. 아울러 탄소섬유 강화 복합재료의 제반 피로특성을 살펴보았다.다.