• Composites Research
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• 제13권2호
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• pp.30-39
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• 2000

고급복합재료(advanced composite material)는 여러 가지 훌륭한 장점에도 불구하고 건설기술자에게는 그 이론이 너무 복잡하여 건설구조에 대한 응용이 지연되고 있다. [$\alpha$/$\beta$/$\beta$/$\gamma$/$\alpha$/$\alpha$/$\beta$]r, $\alpha$=-$\beta$, $\gamma$=$0^{\circ}$또는 $90^{\circ}$와 같은 몇 가지 배향각을 갖은 적층판은, r이 증가함에 따라, $B_{i,j}$ 강성이 0으로 접근한다(1995). 또한 건설구조물은 그 치수가 크고 r이 증가해도 지간 대 두께비가 충분히 커서, 횡방향 변형율($varepsilon_{xz}$, $varepsilon_{yz}$)의 영향이 무시될 수 있다. 이 경우 판의 지배방정식은 간단한 특별직교 이방성 판의 지배방정식으로 변화된다. 김덕현은 토목구조물에 흔히 적용될 수 있는 이러한 배향각을 가진 적층판의 지배방정식을 취급이 간단한 특별직교 이방성 판의 경우로 변경시킨 다음 해석을 더 간단히 진행할 수 있도록 기술자들이 유사 등방성 상수(quasi-isotropic constant)를 사용하여 낯익은 등방성판의 방정식으로 답을 구하고 그가 개발한 "수정계수(correction factor)"를 사용하여 "정확한"해를 구하는 방법을 발표한 바 있다(1991).이 논문에는 [$\alpha$/$\beta$/$\beta$/$\gamma$/$\alpha$/$\alpha$/$\beta$]r 배향각을 갖는 적층판을, 일반기술자들이 이해하기 쉬운 본 논문의 방법으로 해석하는 방법을 제시하고 기술자들의 참고자료로 사용될 수 있는 여러 가지 경우에 대한 고유진동수의 계산결과가 제공되고 있다. 고유진동수의 계산결과가 제공되고 있다.

• Composites Research
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• 제17권4호
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• pp.7-17
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• 2004

본 연구에서 복합재의 압축 강도에 대한 두께 효과가 $[0_4]_{ns},{\;}[45/0/-45/90]_{ns},{\;}[45_n/0_n/-45_n/90_n]_s$ (n=2 to 8) 등의 적층 방법을 이용하여 체계적인 실험을 통해 조사되었다. 여기서 섬유 체적비, 기공률, 섬유 굴곡도, 층간 응력 등, 적층 두께 증가에 따른 압축 강도에 영향을 주는 파라미터들이 실험과 이론적으로 연구되었다. 또한 엇교차 대칭 복합재판의 파괴강도에 대한 적층 순서 효과도 조사되었다. 이를 위해 2종류의 다른 스케일링 효과를 갖는 (1) 폰라이-레벨 기법인 $[45_n/0_n/-45_n/90_n]_s$과 (2) 서브라미네이트-레벨 기법인 $[45_n/0_n/-45_n/90_n]_s$가 적용되었다. 일 방향 적층 시편 $[0_4]_{ns}$과 플라이-레벨인 $[45_n/0_n/-45_n/90_n]_s$에는 분명한 두께효과를 나타내었다. 그리고 섬유 굴곡도와 기공률의 두께효과에 기여하는 주요 파라미터 들임이 확인되었다. 그러나 서브라미네이트-레벨인 $[45/0/-45/90]_{ns}$의 압축강도는 시편 두께의 변화에도 불구하고 별 영향을 나타내지 않았으면, 서브라미네이트- 레벨 시편에서 구한 강토가 플라이-레벨 시편에서 구한 강도보다 약간 높았다. 이 같은 효과에 대한 이유는 섬유 굴곡도, 기공률, 자유단 효과 및 $0^{\circ}$층과 비 $0^{\circ}$층 사이의 응력 재 분포에 의한 영향인 것으로 보인다. 측정된 파괴강도는 예측 값과 비교되었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제40권4호
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• pp.307-313
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• 2016

액화 천연가스(LNG)를 운반, 저장하는 화물창은 LNG의 기화를 막기 위해 항상 저온의 상태로 유지되어야 한다. 이러한 극한 환경으로 인해 LNG 화물창에 적용되는 단열시스템의 기술은 상당히 중요하다. 이러한 이유로 LNG 화물창 단열시스템 내에는 구조 및 단열성능을 가지는 적층형 목재인 플라이우드(plywood)가 널리 사용되고 있다. 그러나 최근 슬로싱(sloshing)으로 인한 플라이우드의 파손현상이 보고되면서 이를 해결하기 위한 강도적인 보강이 필요할 것으로 보인다. 따라서 본 연구에서는 B타입 LNG 탱크의 지지대로 사용되는 적층형 목재인 압축목재(compressed wood)를 플라이우드를 대체하기 위한 대체 재료로 고려하게 되었다. 이를 위해 압축목재에 대해 압축 및 굽힘시험을 수행하였고 기계적 물성과 파손특성을 확인하였다. 또한 온도와 적층방향을 실험변수로 설정하여 이에 따른 압축 목재의 특성 변화를 분석하였다. 마지막으로 참고문헌을 통해 획득한 플라이우드의 물성과 실험결과를 비교하여 압축 목재의 적용가능성을 평가하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권1호
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• pp.121-127
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• 2013

최근 경량 자전거에 대한 요구가 지속적으로 증가함에 따라 탄소섬유 복합재료가 자전거 프레임 및 부품 제작에 널리 활용되고 있다. 복합재료는 일반적인 등방성 재료와는 달리 적층판의 방향과 순서에 따라 그 구조적인 특성이 변화하기 때문에 복합재료 자전거의 디자인을 검증하기 위해서는 구조 해석을 수행하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 CFRP 소재를 적용하여 자전거 프레임을 설계하였고, 유한요소해석을 통하여 그 구조적 성능을 분석하였다. 다양한 적층 순서와 하중조건 하에서 섬유와 매트릭스의 파손지수를 측정함으로써 복합재의 적층 조건이 자전거의 구조 강도에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 취약 부분은 추가적인 복합재 적층판을 이용하여 보강함으로써 자전거 프레임의 구조적 안전성을 확보할 수 있었다.

• Composites Research
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• 제32권1호
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• pp.65-70
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• 2019

항공기 복합재료 날개 구조는 대부분 접착 혹은 패스너로 체결되어 있는데, 이러한 적층 구조 복합재료는 층간 강도가 취약하여 층간 분리가 일어나기 쉽다. 이러한 적층 복합재료의 단점을 보완하기 위해 두께 방향의 섬유를 보강한 3차원 직조형 복합재료를 통하여 강도, 손상 내구성, 충격 및 피로 하중을 향상시킬 수 있다. 또한, 자동화된 직조 공정에 의하여 단일 구조 near-net-shape의 프리폼 제조가 가능하기 때문에 공정 단축, 체결 부품 감소로 복합재료 전체 가격을 절감할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 3차원 직조형 복합재료의 항공기 구조물 적용 가능성을 확인하기 위하여 3차원 프리폼의 기본적인 구조인 orthogonal(ORT), layer-to-layer(LTL), through-the-thickness(TTT) 패턴을 직조하고 이를 복합재료로 성형하여 압축 시험, 인장 시험, Open-hole 인장 시험을 하였다. 이 중 orthogonal 직조 복합재료가 인장 및 압축 탄성계수와 강도 모두 가장 높았으며 노치 민감도에서도 orthogonal 복합재료가 일방향 적층복합재료나 패브릭 적층 복합재료에 비하여 가장 우수한 특성을 보였다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제36권4호
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• pp.93-101
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• 2008

하중방향(섬유평행방향, 섬유직각방향)과 접합구(볼트, 드리프트 핀) 적층면방향(평행, 수직)에 따른 국내산 낙엽송집성재의 지압강도시험을 실시하였다. 지압시편은 5 ply의 집성재를 사용하였고, 접합구의 직경은 12, 16, 20 mm를 사용하였다. 시험결과는 다음과 같다. 1) 볼트와 드리프트 핀의 각 직경에 따른 평균최대지압강도는 섬유평행하중방향의 경우 비슷한 경향을 보였으며, 섬유평행하중방향의 평균최대지압강도가 섬유직교방향보다 1.50~2.31배 높게 나타났다. 평균지압강도의 경우 섬유평행하중방향시편은 직경 16 mm에서 20 mm로 증가할 때 20% 감소하였으며, 섬유직교방향은 뚜렷한 경향이 없었다. 2) 평균지압초기강성의 경우 섬유평행하중방향은 직경 16 mm일 때 가장 크게 나타났다. 드리프트 핀 접합부의 전단강도실험 시 초기강성과 평균지압초기강성은 직경이 증가할수록 비슷한 경향을 보였다. 3) 지압강도시험 시 섬유평행방향시편의 파괴형상은 직경이 작을수록 할렬파단을 보였다. 섬유직교방향의 시편은 대부분이 섬유평행방향으로 할렬파단이 일어났으며 볼트가 드리프트 핀 시편보다 더 많이 나타났다. 4) 지압강도예측식을 통해 구한 예측지압강도와 실제 5% 유사항복지압강도를 비교하였을 경우 섬유평행방향은 KBCS, NDS의 예측지압강도와 비슷하게 나타났으나, 섬유직교방향은 NDS에서 제안한 예측식이 잘 적용되는 것을 알 수 있었다.

• 한국음향학회지
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• 제25권3호
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• pp.107-112
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• 2006

판재를 따라 전파하는 Lamb wave (램파)는 주파수에 따라 속도가 변하는 분산특성을 갖는다. 일반적으로 등방성 재료에서는 파수 벡터 방향과 에너지 흐름 방향은 같아, 파면이 원형을 유지하면서 전파하지만, 복합재료와 같이 이방성재료에서는 파수 벡터와 에너지 흐름 방향이 서로 다르다. 따라서 이방성 재료에서 하나의 속도에서 다른 속도로 전환하려면 방향을 교정해야 하고 이에 따라 크기도 달라지게 된다. 본 연구에서는 복합재료 판재에서 전파하는 램파 분산방정식을 이용하여 대칭, 비대칭 모드의 분산선도를 작성하였고, 각도에 따라구한 위상속도 분산선도에서 얻어진 위상속도 값으로 slowness surface를 구한 후, 이로부터 군속도의 크기와 방향을 교정하였고, 이를 실험적으로 측정한 속도값과 비교하여 서로 일치함을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권2호
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• pp.632-637
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• 2021

현재 미래의 건설 산업 기술을 발전시키고자 최근 미래 산업으로 각광받고있는 3D 프린팅을 이용한 콘크리트의 시공기술을 활용하여 구조물을 건설하는 연구가 국내외 건설업계 및 학계에서 활발히 진행되고 있다. 하지만 현재 개발되고 있는 3D 프린팅 기술은 적합한 시공기술, 콘크리트 재료 자체의 물성이 사용기준에 미치지 못하고 실제 현장에서 적용하기가 어려운 상황이다. 또한 시공된 구조물에 대한 내구성 관리 및 유지관리를 위한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 Material extrusion 방식으로 출력한 3D 프린팅 콘크리트를 각각의 적층 방향 X, Y, Z축으로 나누어 측정한 압축강도와 휨강도를 기존의 몰드에 제작한 시험체와 비교 분석하였다. Test direction II Z축의 시험체의 압축강도가 나머지 Test direction I, III Y축, X축의 시험체에 비하여 8~10%의 높은 강도를 발현하였고 몰드 제작 시험체와 비교하였을 경우 4%가량 낮은 강도를 발현하였다. 휨강도 측정결과 재령 28일 기준으로 Test direction II Z축 방향의 시험체의 휨강도가 Test direction I, III Y축, X축의 시험체에 비하여 5~7%의 높은 강도를 발현하였고 몰드 제작 시험체와 비교하였을 경우 2%가량 낮은 강도를 나타내었다.

• Composites Research
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• 제34권2호
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• pp.77-81
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• 2021

복합재료의 높은 비강도와 비강성으로 인해 복합재료는 다양한 산업분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 탄소 섬유 강화 복합재는 많은 기계적인 구조물에 널리 사용된다. 또한 이방성 특성을 갖는 탄소 섬유 강화복합재는 금속 재료와 달리 섬유 방향에 따라 피로 거동을 이해하는 것은 구조 설계에 있어서 매우 중요하다. 따라서 본 논문에서는 비낌 축(off-axis) 시편에 따라 복합재료의 피로 수명에 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 이를 위해 복합재료의 비낌 축 시편(0°, 10°, 30°, 45°, 60°, 90°)에 대해 인장 및 피로 시험을 수행하였다. 피로 시험 결과, 복합재의 피로 강도는 섬유 방향이 0도로부터 조금 벗어날수록 피로 강도가 크게 감소하였으며 많이 벗어날수록 적게 감소하였다. 이는 적층 각이 커질수록 섬유의 하중을 지지하는 역할이 감소했기 때문이다. 또한 복합재의 피로 선도에 비낌 축 각도를 평준화하는 피로 강도 비율을 도입하여 피로 수명의 경향을 분석하였다. 피로강도 비율(Ψ)-피로 수명 선도를 이용하여 적층 각도와 관계없이 피로 수명을 단일선으로 표현하였다. 피로 강도비율을 통해 평준화된 피로 선도를 이용하면 2개 이상의 비낌 축 각도를 가지는 복합재의 피로 선도만으로도 임의의 다른 비낌 축 각을 가진 동일한 복합재의 피로 수명 곡선의 도출이 가능하다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제29권1호
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• pp.22-30
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• 2001

본 연구에서는 배향도가 높은 스트랜드와 무배향성의 파티클을 혼합해서 다양한 층구조의 복합체를 제조하여 각종 탄성률을 측정하여 비교하였으며, 초음파법을 적용하여 이방성 적층재료의 층구조에 기인하는 이방성의 정도를 예측하기 위하여 초음파 전파속도와 복합체 면내의 이방성의 관계에 대하여 검토했다. 그 결과 각층구조 복합체의 정적 휨 탄생률 $E_S$는 동적 탄성률 $E_D$와 거의 일치하였으며 $E_U$는 높게 산출되는 경향을 나타내었다. 초음파법을 이용한 복합체의 최외층 스트랜드의 섬유방향(${\parallel}$)과 직각방향(${\bot}$)의 전파속도의 차는 3층 구조, 7층 구조, PB 순으로 크게 나타나 층구조에 의한 이방성의 정도를 나타내고 있었다. 또한 복합체 면내의 양방향간의 전파속도의 차는 스트랜드 표층구조가 파티클 표층구조보다 큰 값을 나타내었으며 스트랜드의 혼합률이 높을수록 각 방향의 전파속도는 빨라지는 경향이었다. 이와는 반대로, 복합체의 두께방향의 전파속도는 파티클 표층구조와 스트랜드의 혼합률이 작을수록 빨라지는 경향을 나타내었다.