• Composites Research
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• 제28권4호
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• pp.219-225
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• 2015

선박 분야에서 이산화탄소($CO_2$) 배출을 줄이고 연료 효율을 높이기 위한 방법의 하나로 항해하는 선박의 공기 저항을 줄이기 위한 에어 스포일러를 장착하는 방안이 검토될 수 있다. 본 연구에서는 대형 선박에 적용될 수 있는 복합재 에어 스포일러의 체결부를 설계하고, 이에 대한 정적, 피로강도를 평가하였다. 하중은 선박의 운항 중 발생하는 청파(Green Water Pressure) 0.1 MPa이 에어 스포일러에 수직하게 가해지는 것으로 가정하였다. 에어 스포일러는 유리섬유 면재에 발사 코어를 갖는 샌드위치 형태로 제작하였고, 여러 개의 샌드위치 패널이 셀(Cell) 형태로 강(Steel) 프레임에 볼트로 체결되는 것으로 가정하였다. 에어 스포일러와 프레임의 체결부는 베어링 파손을 가지도록 설계하고, 정적(베어링) 시험과 피로(4점 굽힘) 시험을 수행하였다. 시험 결과 개발된 에어 스포일러는 정해진 외부하중을 견딜 수 있는 충분한 안전여유를 갖는 것을 확인하였다. 개발된 에어 스포일러는 조만간 대형 상업용 선박에 적용될 예정이다.

• Composites Research
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• 제29권4호
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• pp.209-215
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• 2016

본 논문에서는 두께와 재료의 구성이 변하는 복잡한 형상의 복합재 샌드위치 구조의 파손 거동을 연구하였다. 구조물은 두께가 일정한 알루미늄 하니콤 코어 샌드위치 판넬이, 두께가 줄어드는 폼코어 샌드위치 천이부를 거쳐, 최종적으로는 면재와 면재가 만나 단순 적층판을 이루면서 다른 구조물에 체결되는 형상을 갖는다. 하중은 인장 및 압축하중의 형태로 가해지며 각 3개씩 총 6개 시편에 대한 시험을 수행하였다. 시험 결과 압축시험의 경우 재료불연속선을 따른 면재의 파손에 취약하며, 재료불연속선을 따른 파손을 피할 수 있는 경우 알루미늄 코어와 카본 면재의 디본딩에 의한 파손이 나타남을 알 수 있었다. 파손하중은 디본딩에 의한 파손까지 견디는 경우가 약 16% 높게 나타났다. 인장시험의 경우 파손모드는, 곡률부를 갖는 복합재 구조물에서 가장 취약한 부분인, 플랜지와 웹이 만나는 곡률부의 층간분리 파손이 주를 이루었다. 파손하중은 압축하중이 인장하중에 비하여 약7배 가량 높은 것으로 나타났다. 따라서 본 구조물은 주로 압축하중을 견디기 위한 목적의 구조물에 적용하여야 할 것으로 보인다.

• Composites Research
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• 제34권5호
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• pp.323-329
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• 2021

본 논문에서는 불균일한 접착 상태를 가지는 복합재 접착 체결 시편에 대하여 모드 I 하중에서의 파괴 특성을 분석하였다. 이를 위하여 Double Cantilever Beam(DCB) 시험을 수행하였으며 모드 I 파괴 인성을 도출하였다. 불균일한 접착 상태를 갖는 시편의 경우 안정한 균열 성장 구간과 불안정한 균열 성장 구간이 나타남을 확인하였다. DCB 시험에서 구한 하중-변위 선도와 시편의 파손 단면을 통해 각 구간의 파괴 특성을 관찰하였다. 시험에서 측정된 균열 길이를 기준으로 세분화된 구간과 각 구간의 모드 I 파괴 인성을 이용하여 유한요소해석을 수행하였다. DCB 시험 결과와 유한요소해석 결과를 통해 불균일한 접착 상태를 가지는 시편의 파괴 거동을 모사할 수 있음을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제22권2호
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• pp.7-13
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• 2009

복합재료가 항공기 구조물 및 기계 부품 등에 폭 넓게 적용됨에 따라, 복합재료 구조들에서 가장 취약한 복합재료 체결부의 설계는 매우 중요한 연구분야로 대두되긴 있다. 본 논문에서는 접착 체결구조와 기계적 체결구조의 조합으로 되어 있는 하이브리드 조인트의 파손강도를 평가하고 예측하였다. 피착제의 두께, w/d, e/d가 서로 다른 10가지 하이브리드 조인트 시험편을 제작하여 평가하였다. 접착 체결구조와 기계적 체결구조의 파손 판정을 위해 파손영역법과 파괴면적지수법이 각각 적용 되었으며, 두 체결부위 중 어느 한족이 먼저 파손기준에 도달할 경우, 하이브리드 조인트가 파손되었다고 가정하였다. 이상의 실험과 해석결과로부터, 하이브리드 조인트 시편의 파손강도는 25.5%, 오차 범위 내에서 예측할 수 있었다.

• 한국철도학회논문집
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• 제13권6호
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• pp.546-551
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• 2010

본 연구에서는 단일겹치기 접착 체결부에 대한 유한요소해석을 통해 요소의 조밀도 및 유한요소의 종류에 따른 접착 층의 변형률 분포를 Tsai의 시험치 와 비교하여 분석하였다. 이를 위해 접합부재의 길이방향, 접착체결부의 길이방향, 접합부재의 두께방향, 접착 층의 두께방향 및 조인트의 폭방향의 요소 조밀 도를 변화시켰다. 또한, 솔리드, 쉘 및 평면 변형률 요소에 따른 효과도 분석하였다. 해석은 단일 겹치기 접착 체결부의 대변형을 고려하기 위한 기하학적 비선형 해석을 수행하였다. 이를 통해 솔리드 요소를 적용할 경우 접착부재의 길이방향으로의 요소 수는 최소 2개 이상이면 해석의 신뢰도를 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다. 쉘 요소의 겨우 x/c=1에서 수직 변형률의 시험결과와 22.8%의 오차를 보였으나, 전단응력의 경우에는 1.67%로 시험치와 거의 일치하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권3호
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• pp.44-50
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• 2006

• 항공우주기술
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• 제8권1호
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• pp.42-48
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• 2009

복합재 항공기의 경우 인증 시 여러 가지 요소를 고려해야한다. 금속과는 달리 복합재구조물의 감항성은 운용 및 제작 중 발생하는 손상 등에 의해 큰 영향을 받는다. 그러므로 예상 가능한 여러 가지 손상에 대해 정적강도, 강성, 플러터 및 손상허용강도 등을 입증하여 야한다. 복합재료의 기계적물성은 환경조건에 영향을 받는다. 특히 압축강도는 수지의 영향이 지배적이고 수지가 온도와 습도의 영향을 많이 받으므로 설계/해석 시 고려하여야한다. 복합재 항공기의 경우 육안으로 탐지가 어려운 손상에 대한 정적강도를 입증하여야하고, 육안으로 보이는 큰 손상에 대해서는 발견 즉시 수리하도록 규정되어있다. 본 논문에서는 복합재 구조물의 설계/해석에 필요한 규정을 분석하고 해석방법 등에 대해 검토하려한다.

• 항공우주기술
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• 제2권2호
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• pp.124-132
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• 2003

본 논문에서는 "KSR-III 복합재 가압탱크“에 대한 구조 설계/제작 과정을 기술하였다. 복합재 가압탱크는 라이너 위에 복합재가 덮어 씌워진 형태이다. 하중을 부담하지 않는 라이너는 AI 6061-0로 만들어 졌으며, 라이너는 헬륨가스 기밀만을 담당하였다. 복합재 탱크는 라이너 위에 T700/Epoxy로 와인딩 하였다. 알루미늄 라이너가 얇았기 때문에 다단계 경화 공정이 필라멘트 와인딩 기법에 적용되었다. 다단계 경화 공정은 라이너의 실린더가 원형 형상을 잃지 않게 하였다. 보스부의 체결력은 보스링에 의하여 카본섬유로 분산되었다. 또한 보스링은 보스부의 국부적 변형을 막았다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2000년도 제14회 학술강연논문집
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• pp.32-32
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• 2000

잠입노즐은 로케트 추진기관의 길이 및 중량을 감소시켜 체계설계의 관점에서 볼 때 많은 이점을 제공한다. 본 연구에서는 3단형 과학로케트 원지점 차넣기 모타(apogee kick motor)에 적용하기위한 잠입노즐의 기초기술 개발에 주안점을 두었다. 고고도에서 저속으로 회전하며 비행하는 원지점 차넣기 모타를 제작하기위해서 체계 요구성능에 의해 예상된 실물형의 50% 크기에 해당하는 축소형 잠입노즐을 제작하였다. 잠입노즐은 잠입부의 내외부가 고온의 추진제 연소가스에 노출된 상태에서 노즐 내부 압력 외에 연소실압에 의한 외부압력이 작용하므로 이를 고려한 열 및 구조설계가 중요하다. 본 연구에서는 노즐 수렴부와 목부에 일체형 그라파이트 소재를 적용하고 확장부 내열재 및 잠입부 배면내열재에 탄소/페놀 복합재를 노즐 내열재로 사용하였다. 그리고 이들의 구조적 지지를 위해 스틸구조물을 적용하였다. 적용된 스틸구조물에는 K형 열전쌍을 이용해 내열재와 구조물 온도를 측정할 수 있는 관통구멍 및 나사부를 구조물 외변에 가공하였다. 열전쌍은 노즐 목직경의 2, 4배 되는 확장부 내열재 단면위치의 2mm와 4mm 깊이와 구조물 내면 및 외면의 4개소에 열전쌍을 부착하여 지상연소시험시 노즐 내열재와 구조물의 온도분포를 관찰한다. 그리고 노즐 조립시 확장부 내열재와 구조물에 각 각 반원형 홈을 내어 여분의 접착제가 원형 홈에 밀려들어가 경화되어 노즐 기밀유지와 체결력을 향상시킬 수 있는 원형공간 접착제 충전 공법을 적용하여 실제모타에 대한 적용가능성을 지상연소시험을 통해 확인한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권5호
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• pp.605-611
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• 2019

항공기가 급격한 기동을 하는 경우에는 연료의 쏠림에 의해 상당한 하중이 관련 구성품들에 작용하는데 심각한 상황에서는 구성품이나 배관의 파손이 발생하여 연료탱크 외부로 연료가 누설될 수 있다. 특히, 외부 연료탱크가 장착된 경우에는 슬로싱 운동에 의해 외부 연료탱크 체결부에 상당한 하중이 작용하게 되는데, 해당 하중을 반영하지 않은 설계로 인하여 체결부의 파손이 발생하게 되면 항공기 안전 뿐만 아니라 승무원의 생존에도 악영향을 미칠수가 있다. 따라서, 따라서, 항공기 및 승무원의 생존성 향상을 위해서는 연료 슬로싱 운동에 의한 하중을 고려하여 연료탱크와 내부 부품뿐만 아니라 체결부에 대한 설계가 수행되어야 한다. 본 논문에서는 회전익항공기용 외부 연료탱크의 슬로싱 시험에 대한 수치해석을 수행하였다. 수치해석 기법으로 유체-구조 연성해석의 하나인 ALE 방법을 사용하였고 미군사 규격에서 요구하는 시험조건을 수치해석에 적용하였다. 수치해석 결과로 외부 연료탱크 체결부 하중을 계산하여 체결부 설계시 고려해야 하는 하중 수준을 검토하였다. 또한, 슬로싱 운동에 의해 금속피팅부와 복합재 컨테이너에 작용하는 응력수준과 안전여유 분석을 통해 구조건전성에 미치는 영향을 평가하였다.