본 연구에서는 내열 특성과 구조적인 특성을 갖는 탄소섬유/페놀릭 복합재 내열튜브를 필라멘트와인딩 공법에 의해 제작하고 이들의 구조적인 성능을 평가하였다. 이를 위해 내열튜브의 제작방법을 소개하고 황산용해법을 적용하여 내열튜브에서의 섬유체적비와 기공함유율을 측정하였다. 시편폭을 달리한 인장시편의 기계적 특성을 평가함으로써 강화섬유의 연속성을 나타낼 수 있는 시편형상을 제시하였으며 공정변수를 달리한 내열튜브에서 채취된 인장시편의 기계적 특성을 평가함으로써 내열튜브의 제작을 위한 적절한 공정조건을 결정하였다. 그리고 보증시험을 통해 수집한 음향신호의 분석을 통해 내열튜브에서의 균열진전과 파손양상을 조사하였다. 마지막으로 내열튜브 자체에 대해 보증시험과 파열시험을 수행함으로써 내열튜브 자체의 구조적인 신뢰성을 확인하였다.
콘형 복합재 격자 구조체의 강성 평가를 위한 두 종류의 시편 단위 압축 및 인장 시험을 수행하였으며 유한요소해석 결과와 비교하였다. 구조체는 높이별로 반경이 변화하는 콘형이므로 단순 압축 및 인장 시험이 어려우므로 시험 수행이 가능한 형태의 시편 및 지그를 제작하여 시험을 수행하였다. 압축 시험이 가능하도록 단위 격자 구조체를 Subelement 형태로 가공하였으며, 압축 시험을 수행하여 측정된 섬유방향 압축 변형률을 유한요소해석 결과와 비교하여 헬리컬 리브의 강성을 확인하였다. 후프 리브의 강성 평가를 위해서는 구조체에서 후프 링 시편을 가공하여 인장 시험을 수행하였다. 후프 링에 인장 하중을 가하여 굽힘 변형이 크게 발생하도록 하였으며, 두께 방향 섬유체적비를 고려한 유한요소해석 결과와 비교하여 후프 리브의 강성을 확인하였다.
원통형 단판적층재는 단판 테이프를 원형 실린더에 감아서 제작된 제품이다. 단판 테이프는 단판을 직사각형으로 제단한 후 섬유 수직방향으로 재봉하여 제작하였다. 단판의 수종과 재봉사의 종류 및 재봉사의 조합을 다르게 제작한 단판테이프로 인장강도 실험이 실시되었다. 라디에타 소나무 단판에 강화 재봉사를 사용하여 재봉선 3줄로 제작한 단판 테이프의 인장강도 성능이 가장 우수하였다. 또한 단판 테이프의 이격 및 끊어짐 현상이 개선되어 원통형 단판 적층재의 작업성이 향상되었다. 원통형 단판적층재는 단판 테이프의 종류와 직물형 유리섬유의 보강 유무 및 단판 적층 수를 다르게 제작하여 낙엽송 원목과 휨강도 성능을 비교 검토하였다. 직물형 유리섬유를 체적비 11%로 보강한 시험편은 휨 파괴계수가 보강하지 않은 시험편보다 65% 향상되었다. 재봉선 2줄 단판 테이프로 제작한 원통형 단판적층재는 단판 테이프 간 Butt joint에서 파단이 발생하였다. 하지만 재봉선 3줄 단판 테이프로 제작한 원통형 단판적층재는 섬유방향으로 파단이 발생하였다.
이 연구는 지속가능한 자원순환형 골재공급 시스템 구축에 유용한 자료 제공을 목적으로 하며, 순환굵은골재를 60% 이상 100%까지 다량 사용한 고강도 콘크리트에서 이로 인하여 나타나는 압축강도와 전단강도 저하가 강섬유 보강으로 어느 정도 회복되고 개선되는지를 재료시험과 보의 전단파괴 실험을 통하여 밝히고자 하는 것이다. 이 연구에서는 먼저 관련된 기존 실험연구 결과들을 고찰하였다. 재료시험 결과, 체적대비 0.75%의 강섬유 보강과 흡수율 2.0% 이내의 고품질 순환굵은골재를 병용하였을 때, 압축강도 60MPa 수준의 고강도콘크리트의 압축강도 특성이 천연골재 수준으로 회복되고 좋은 연성 특성이 나타나는 것을 확인하였다. 또한 전단력이 보 거동을 지배하는 전단스팬비(a/d) 2와 4인 보에 대한 전단파괴 실험에서 강섬유 보강에 의한 매우 큰 전단강도 증진 효과와 연성거동 특성을 확인하였다.
장기간 체중부하운동이 흰쥐의 심근에 미치는 효과를 규명하기 위하여 생후 3개월, 10개월 및 20개월된 흰쥐를 5개월간 운동시킨 후 각각의 비운동군과 비교하여 심근의 조직학적ㆍ세포학적 변화를 관찰하고, 심근세포내 미세구조적 변화를 입체해석학적으로 비교 분석하였다. 운동 15개월군부터 노화색소의 양이 현저히 증가되었고 사립체의 변성, 공포화 현상 그리고 간질조직의 증식이 뚜렷하였으며, 25개월군에서는 윤반분리, 근원섬유의 소실 및 과수축대 출현빈도가 증가되었다. Glucose-6-phosphatase의 활성도는 15개월 운동군에서 감소하여 25개월 운동군에서는 활성도가 거의 나타나지 않았다. 입체해석학적 결과에서도 장기간 체중부하운동으로 인해 15개월, 25개월군에서 모두 사립체와 근원섬유의 체적밀도는 감소되었고, 간질조직의 체적밀도는 증가되었다. 본 연구의 결과로 볼 때 장기간 체중부하운동은 3개월군에 있어서 심장에 미치는 역효과가 없으나 10개월군과 20개월군에서는 심근기능강화에 역효과를 초래 할 우려가 큰 것으로 판단된다.
본 논문에서는 콘형 복합재 격자구조체의 구조안전성 평가 기법에 대해 연구를 수행하였다. 콘형 복합재격자구조체의 구조안전성 평가는 유한요소해석을 통해 수행되었다. 구조안전성 평가를 위한 유한요소모델은 솔리드 요소를 사용하여 생성하였다. 섬유 교차부와 비교차부의 물성 차이를 고려하기 위해 섬유 체적률을 고려한 기계적 물성을 적용하였다. 구조해석 기법의 검증을 위해 콘형 복합재 격자구조체의 압축 시험을 수행하였다. 시험과 해석의 비교 결과, 약 2%의 변위 오차가 발생하여 잘 일치하는 것을 확인하였다.
The effective longitudinal shear modulus(LSM) of continuous composites is studied theoretically and numerically using 3-phase unit cell model. Circular, hexagonal and rectangular shapes of reinforced fiber are considered to predict the shear modulus as a function of elastic modulus of each phase and volume fraction of interphase and reinforced fiber. It is found that rectangular fiber shape in low fiber volume fraction($v_f$<30%) and circular fiber shape in high volume fraction($v_f$>40%) shows the higher longitudinal shear modulus. Also the obtained values of LSM for rectangular array and by numerical analysis are higher than those of hexagonal array and by theoretical analysis respectively. The reinforcing effects of interphase are more significant in cases of higher fiber volume fraction and circular fiber shape. Not only the spatial distribution and shape of reinforcing fiber but also the volume of interphase have a pronounced effects on the overall LSM. It is also found that the tangent moduous of 2-and 3-phase polymer matrix composites is insensitive to the shape and distribution of reinforcing fibers.
고식이섬유 쌀인 고아미 2호의 식품소재로서의 활용을 모색하고자 압출성형공정으로 고아미 후레이크를 제조한 다음 후레이크의 효소저항전분(RS) 함량, 페이스트 점도, 수분용해지수와 수분흡착지수, 체적밀도, 색도, 압착강도, 조직감 유지시간 등 품질 특성을 조사하였다. 압출성형 공정조건은 배럴온도 90, 110, $130^{\circ}C$ 그리고, 수분함량 50, 55%이었다. 압출성형 펠릿과 탈지한 후레이크의 RS함량은 각각 $8.00{\sim}8.56%$, $6.57{\sim}9.53%$ 범위로 수분함량이 50%에서 55%로 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 압출성형 펠릿과 탈지한 후레이크의 최고점도, 최저점도, 최종점도, 회복점도는 1시간 수침한 고아미에 비해 감소하는 경향을 나타내었고 구조파괴점도는 현저히 증가하는 경향을 나타내었다. 탈지한 후레이크의 수분용해지수와 수분흡착지수가 고아미 원료와 압출성형 펠릿보다 크게 증가하는 경향을 나타내었다. 압출성형 펠릿의 수분용해지수는 고아미 원료에 비해 감소하는 경향을 나타내었으며 수분흡착지수는 증가하는 경향을 나타내었다. 후레이크의 체적밀도는 $0.35{\sim}0.44$ g/mL 범위로 큰 차이를 나타내지 않았고 조직감 유지시간은 $12.4{\sim}19.4$분 범위로 시판 breakfast cereal들 보다 긴 유지시간을 나타내었다.
모든 층을 한 방향으로 적층하여 횡방향 굽힘과 축방향 인장운동이 연성되어 나타나는 복합재료 외팔보에 다중횡방향 개구형 크랙이 있는 경우에 대하여 자유진동 특성을 고찰하였다. 모든 크랙 위치에서의 파괴역학적 특성을 스프링 상수로 변환하여 산출하고 크랙사이 구간의 보를 전단변형 및 회전관성효과를 포함하여 해밀톤 원리로부터 운동방정식 및 경계조건을 유도하고, 라플라스 변환법을 사용하여 자유진동 특성에 관한 해를 구하였다. 복합재료의 설계 변수로서 섬유 체적비와 적층각을 설정하였으며, 크랙의 외형적 변수로서 크랙의 갯수, 분포 위치 및 크랙 깊이를 설정하여 이들 변수에 대한 고유진동수 및 모드형상의 변화 경향을 도출함으로써 임의의 다수 크랙이 분포되어 있는 보다 실제적인 상황에서의 진동변화에 근거를 둔 비파괴 검사가 이루어질 수 있는 방안에 대하여 연구하였다. 해석 결과 복합재료 보에 단일 크랙이 있는 경우에 비해 다중 크랙이 있는 경우가 여러 가지 변수에 대해 훨씬 복잡한 형태로 나타나고 있음을 보여준다.
3차원 복합재료의 뛰어난 특성을 확인하기 위하여 저속충격 시험을 하였다. 복합재료의 3차원 구조는 자동적층 공정 (ATP, Automated Tape Placement)과 스티칭 (stitching) 방법으로 제조하였다. 이 방법은 일정한 폭을 가지는 탄소섬유/에폭시 프리프레그 테이프를 균일한 간격을 두고 층 별로 서로 직교 적층한 후 비어 있는 공간 사이를 케블라 섬유로 스티칭하는 성형법이다. 새로운 3차원 복합재료와 기존의 프리프레그 시트(sheet)를 사용한 2차원 복합재료와의 충격특성을 비교하기 위하여 저속충격 시험을 하였으며, C-scan에 의한 충격손상 면적 확인 및 충격 후 압축시험을 하였다. 3D 복합재는 스티칭을 하기 위한 간격으로 인하여 복합재료의 전체 섬유 체적율이 낮아졌기 때문에 충격 전 압축 강도는 2D 복합재에 비해 낮았으나 충격 후 파손면적은 약 $30-40\%$의 감소를 보였으며, 충격 전 압축 강도에 패한 충격후 압축강도 비율은 약 $5-10\%$의 증가를 보였다. 스티칭에 의해 충격 후 압축강도는 전반적으로 향상되었으나, 30J의 충격 에너지부터는 그 효과가 감소하였으며 35J 이상의 충격에서는 스티칭 효과가 없었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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