Composites Research

The Korean Society for Composite Materials (한국복합재료학회)
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Characterization of In-plane Shear Behaviors of Woven Fabrics by Bias-extension and Trellis-frame Tests

편향 인장 및 트렐리스 시험에 의한 직물 복합재료의 면내 전단 물성 평가

  • 이원오 (한국기계연구원부설재료연구소 복합재료연구그룹) ;
  • 엄문광 (한국기계연구원부설재료연구소 복합재료연구그룹) ;
  • 변준형 (한국기계연구원부설재료연구소 복합재료연구그룹) ;
  • Published : 2010.10.30
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Abstract

Three types of glass woven fabrics (plain, balanced twill, and unbalanced twill) having various sample sizes and aspect ratios were tested using the bias-extension tests. Real-time deformation images, force, and displacement data were collected. For the bias-extension test, the shear angle of the fabrics from the equation based on the crosshead displacement and fabric size was compared with direct manual measurements of the warp and weft angles as well as the optical measurement software. To determine the shear force, an analytical equation was introduced considering the kinematics of the bias-extension test. The obtained shear behaviors were further compared with the results by the trellis-frame test. The optical measurement methods showed that the mathematical method was reasonable before the shear angle of the fabrics reaches $30^{\circ}$ in the bias-extension tests. Also, the bias-extension test gave consistent behaviors with the trellis-frame test only for isotropic and homogeneous fabrics such as balanced plain and twill weaves.

서로 다른 길이비를 갖는 세 종류의 유리 직물 복합재료(평직, 균형능직, 비균형능직)의 면내 전단 물성 평가를 위해 편향인장 시험을 실시하였다. 직물 복합재료의 전단각을 결정하기 위하여 인장 변형량과 직물의 크기에 기인한 이론식, 직접측정법 및 이미지 분석법등을 이용하여 서로의 장단점을 비교하여 보았으며, 편향 인장 시험의 기하구조를 이용하여 유도된 식을 통해 면내 전단력을 계산하였다. 또한 트렐리스 시험(trellis-frame test)에 의한 결과와의 비교를 통해 편향 인장 시험에 의한 전단 물성 측정법의 정확도를 평가하였다. 실험 결과, 이론식에 의한 전단각 계산법은 전단각이 30도 이내일 경우에 이미지를 통한 직접 측정의 결과와 유사하였으며, 면내 전단력은 평직이나 균형 능직과 같은 등방형 직물의 경우에만 측정 샘플의 길이비에 무관한 균일한 결과를 보였다. 또한 편향 인장 시험과 트렐리스 시험 모두 비등방성이 큰 직물에 대한 전단 평가를 수행하는 데 있어서 많은 편차를 나타내었다.

Keywords

References

  1. Rudd C.D., Turner M.R., Long A.C., and Middleton V., "Tow Placement Studies for Liquid Composite Moulding," Compos. Pt. A: Appl. Sci. Manuf., Vol. 30, 1990, pp. 1105.
  2. Kong H., Mouritz A.P., and Paton R., "Tensile Extension Properties and Deformation Mechanism of Multiaxial Noncrimp Fabrics," Compos. Struct., Vol. 66, 2004, pp. 249. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2004.04.046
  3. Long A.C., Wilks C.E., and Rudd C.D., "Experimental Characterisation of the Consolidation of a Commingled Glass/Polypropylene Composite," Compos. Sci. Technol., Vol. 61, 2001, pp. 1591. https://doi.org/10.1016/S0266-3538(01)00059-8
  4. 이원오, 변준형, Cao J, "비선형 인장-전단 거동을 고려한 직물복합재료의 비직교 구성방정식," 한국복합재료학회추계학술대회, 2008, pp. 123.
  5. Yu W.R., Zampaloni M., Pourboghrat F., Chung K., and Kang T.J., "Sheet Hydroforming of Woven FRT Composites: Non-orthogonal Constitutive Equation Considering Shear Stiffness and Undulation of Woven Structure," Compos. Struct., Vol. 61, 2003, pp. 353. https://doi.org/10.1016/S0263-8223(03)00056-4
  6. Harrison P., Clifford M.J., Long A.C., "Shear Characterization of Viscous Woven Textile Composites: A Comparison between Picture Frame and Bias Extension Experiments," Compos. Sci. Technol., Vol. 64, 2004, pp. 1453. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2003.10.015
  7. 장승환, "직물 복합재료의 드레이핑 미소 거동 관찰: 일방향 편향 인장실험과 이축 인장실험," 한국복합재료학회지, 제17권 제1호, 2004, pp. 38.
  8. Prodromou A.G. and Chen J., "On the Relationship between Shear Angle and Wrinkling of Textile Composite Preforms," Compos. Pt. A: Appl. Sci. Manuf.,, Vol. 28, 1997, pp. 491. https://doi.org/10.1016/S1359-835X(96)00150-9
  9. 강재훈, 장승환, "직물 복합재료의 드레이핑 미소 거동 관찰: 사진틀 전단실험," 한국복합재료학회지, 제18권 제 2호, 2005, pp. 13.
  10. Sharma S.B., Sutcliffe M.P.F., and Chang S.H., "Characterization of Materials Properties for Draping of Dry Woven Composite Material," Compos. Pt. A: Appl. Sci. Manuf.,, Vol. 34, 2003, pp. 1167. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2003.09.001
  11. http://www.techlab.fr/strain.htm#icasoft
  12. Peng X.Q., Cao J., Chen J., Xue P., Lussier D.S., and Liu L., "Experimental and numerical analysis on normalization of picture frame tests for composite materials," Compos. Sci. Technol., Vol. 64, 2004, pp. 11. https://doi.org/10.1016/S0266-3538(03)00202-1
  13. Lomov S.V., Willems A., Verpoest I., Zhu Y., Barburski M., Stoilova T., "Picture frame of woven fabrics with a full-field strain registration," Text. Res. J., Vol. 76, 2006, pp. 243. https://doi.org/10.1177/0040517506061032

Cited by

  1. A basic study on the prediction of local material behavior of composite bone plate for metaphyseal femur fractures vol.21, pp.4, 2012, https://doi.org/10.1080/09243046.2012.736351
  2. 유리섬유/폴리카보네이트 복합재료의 기지 분자량에 따른 함침 및 기계적 물성 평가 vol.34, pp.1, 2021, https://doi.org/10.7234/composres.2021.34.1.001