Abstract
The mechanical properties of generally orthotropic materials are conventionally measured by performing off-axis tensile and flexure tests. However, the inevitable coupling between tension and shear in case of tensile test or bending and twisting in flexure test case induces nonuniform displacement and stress fields. Consequential stress concentration along the boundary of specimens would result in inaccurate modulus and underestimated strength. This paper proposes the variation of specimen geometry in terms of appropriate obliquity of loaded boundary. For the purpose, classical lamination theory is transformed into skewed coordinate, and characteristic equations for both of unidirectional and laminated composite specimens are formulated. Finite element analysis is employed to show the validity of the skewedness in tensile and bending test specimens.
일반적 직교이방성 복합재료의 기계적 성질을 측정하기 위한 간단한 실험방법으로 편축시험편에 대한 인장시험 또는 굽힘시험이 흔히 사용된다. 이때 재료의 특성상 인장시험편에서는 전단변형이 발생될 수밖에 없으며, 굽힘시험편에서는 비틀림변형을 피할 수 없다. 그러나, 시험장치의 그림 또는 지지대에서의 구속은 커플링에 의한 변형을 수용할 수 없고, 따라서 이에 따른 응력집중을 유발한다. 결과적으로 불균일한 변형장과 응력장을 낳게되어 측정값의 정확도를 저하시키며, 조기 파손으로 인한 복합재료 강도의 과소평가를 가져오게 된다. 본 연구에서는 이를 완화하기 위한 방안으로 시험편 경계면 형상의 변화를 제안한다. 이를 위하여 경사좌표계에서의 적층이론을 유도하며, 각 시험조건에 대한 특성방정식을 구한다. 유한요소해석을 수행하여 특정방정식을 이용하여 수정된 시험편 형상의 유용성을 보인다.