• 한국항공우주학회지
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• 제37권6호
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• pp.586-594
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• 2009

본 논문은 국내 최초의 소형 복합재 위성인 과학기술위성3호의 proto 모델에 대하여 랜덤, 정현파, 충격 진동응답에 대한 연구이다. 과학기술위성3호의 구조체는 여러 장의 패널을 서로 연결하여 만든 박스형의 구조이며 패널은 탄소섬유강화 복합재를 적층한 스킨에 알루미늄 허니컴 구조를 접착한 하이브리드샌드위치구조로 되어있다. 상용 FEA 코드인 MSC/NASTRAN을 사용하여 주파수 및 시간영역에서 위성의 설계요구조건으로 주어진 진동시험수준에 대한 모드, 응력, 변위, 가속도의 응답을 계산하였다. 이러한 해석결과를 바탕으로 발사 시 야기되는 진동으로 인한 파괴, 안전율 및 설계 타당성을 검토하였다. 이 연구결과들은 실제 위성구조설계 신뢰성 실험에 있어서 검증 및 비교의 자료로 사용될 수 있고, 위성개발의 중요한 자료로 활용된다.

• Composites Research
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• 제36권4호
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• pp.270-274
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• 2023

필라멘트 와인딩 공정을 사용한 FRP 복합재의 적층 구조는 기존의 FRP 복합재의 적층 구조와는 다를 뿐만 아니라 일반적인 적층 구조를 토대로 기계적 물성에 대해서 분석하고자 한다면 그에 대한 영향을 파악하는 것이 어렵다. 따라서 전반적인 성능을 향상시키기 위해 기계적 물성을 개선하고 교차 적층 구조를 최적화하는 것이 필수적이다. 따라서 본 연구는 비정질 할로이사이트 나노튜브(Amorphous Halloysite Nanotubes, A-HNT)를 5개의 층 배열을 통해 교차 적층 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 구조의 저속 충격 특성에 미치는 영향을 조사하는 것을 목표로 한다. 중량 낙하식 충격시험을 통하여 라미네이트의 저속 충격 특성을 확인하였으며, 충격을 가한 후에 현미경을 통하여 충격 파손 모드와 손상 정도를 비교 평가하였다. 나노 입자의 첨가 여부에 따른 각각의 교차 적층 구조 라미네이트를 10 J과 15 J의 충격에너지에서 비교하였다. 10 J의 경우 흡수에너지는 각 구조에서 비슷한 경향을 보였다. 그에 비해 15 J의 경우 흡수에너지는 각 구조에서 다른 흡수에너지를 가지며, 나노 입자가 첨가되지 않은 구조가 가장 높은 흡수에너지를 가진다. 또한 광학현미경을 통하여 각 구조에서 다양한 충격 파손 모드가 관찰되었다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2004년도 추계학술대회 논문집
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• pp.1434-1439
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• 2004

CFRP composite materials have wide application in structure materials of airplane, ships, and aero space vehicles because of their high strength and stiffness. This paper is to study the effects of curvature and orientation angle on the penetration characteristics of CFRP laminate shell. They are staked with 8 Ply specimens [0$_2$/90$_2$]$_{s}$, [0/90$_2$/0]$_{s}$ and the stacked of outer plates degree with 12 Ply specimens [0$_3$/90$_3$]$_{s}$, [0$_2$/90$_2$/0]$_{s}$ and [90$_3$/0$_3$], [90$_2$/0$_2$/90]S. They are manufactured to varied curvature radius (R=100,150,200mm and $\infty$). They are cured by heating to the appropriate harding temperature(13$0^{\circ}C$) by mean of a heater at the vaccum bag of the autoclave. Test specimens were prepared with dimensions 100mm$\times$140mm. When the specimen is subjected to transverse impact by a steel ball, the velocity of the steel ball was measured both before and after impact by determining the time for it to pass two ballistic-screen sensor located a known distance apart. In general, kinetic energy after impact-kinetic energy before impact rised in all specimens. This study observed a fracture mode inside the specimen after a penetration test using a digital camera and it examined a fracture mode and a penetration mode to stack of outer orientation angle and curvature.rvature.

• Composites Research
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• 제26권2호
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• pp.85-90
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• 2013

본 논문에서는 탄소섬유강화플라스틱 면재와 알루미늄 샌드위치 심재를 가지는 복합재 샌드위치의 제조와 3절점 굽힘 실험에 대해 연구하였다. 시편은 3가지 하니컴 종류(3.18 mm, 4.76 mm, 6.35 mm의 셀 크기)와 3가지 곡률 반지름(평판, r = 1.6 m, r = 1.3 m)을 가지도록 제작하였다. 샌드위치 곡률의 기준은 W-방향을 기준으로 제작 하였다. CFRP $2{\times}2$ 트윌의 인장에서 기계적 물성치(탄성계수, 강도, 푸아송 비)를 측정하여 그 값들을 다른 CFRP 섬유 적층판의 값과 비교하였다. 실험결과 평판 샌드위치 패널의 3절점 굽힘 실험에서 심재의 전단강도는 공개된 데이터에 비해 11-30% 낮게 나왔다. 제한된 시편 크기에서 1.3미터 곡률을 가지는 패널은 평판 패널에 비해 심재의 극한 전단강도가 0.8-3.8% 감소한 것으로 나타났다.

• Composites Research
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• 제14권3호
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• pp.51-56
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• 2001

섬유강화 고분자기지 복합재에 있어 탄성계수, 최대응력, 최대변형률, 파괴특성 등이 압력에 의해 영향을 받는다는 것은 잘 알려진 사실이다. 본 연구에서는 준등방성이며 두꺼운 두께를 갖는 [0$^{\circ}$/$\pm$45$^{\circ}$/90$^{\circ}$]$_{11s}$ 로 적층된 탄소섬유/에폭시 복합재에 있어 압력을 0.1 MPa, 100 MPa, 200 MPa, 300 MPa로 변화시켜 압축 파괴실험을 수행하였으며 이로부터 압력변화에 따른 파괴특성 변화에 대해 검토하였다. 결과로서 가해진 압력이 증가함에 따라 압축파괴인성은 증가함을 알수 있었다. 구체적으로 압력이 대기압에서 300 MPa으로 증가할 때 압축파괴인성 값은 약 44% 증가하였다.

• Composites Research
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• 제34권3호
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• pp.174-179
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• 2021

유체 이송에 사용되는 강재 파이프는 신설과 도장, 또는 부식과 노후화로 인한 제반 시설 보수에 거대한 규모의 시간과 비용이 요구된다. 이에 본 연구에서는 강재 파이프의 대체재로, 내부식성과 내화학성이 우수한 탄소섬유강화복합재료(Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP) 파이프 구조의 최적화 설계를 수행하였다. 헬리컬 패턴 표면에 후프 패턴을 혼합적층하여 내구성을 향상시켰으며, 수분 환경에서의 에폭시 흡습 현상을 억제하기 위해, 할로이사이트 나노튜브(Halloysite Nanotube, HNT)를 첨가하였다. HNT/CFRP 파이프는 필라멘트 와인딩 공정으로 제작하였으며, 기계적 물성 시험과 70℃ 고온 증류수 환경하에서 흡습 시험을 진행하였다. 그 결과, 파이프 두께의 0.6%에 해당하는 후프 패턴의 적층 시, 가장 우수한 물성을 나타냈다. 또한 0.5 wt.% HNT 첨가 시 상대적으로 높은 내흡습성을 가졌으며, 층간 계면에서의 박리 현상이 지연되어 가장 낮은 강도 저하율을 보였다.

• Composites Research
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• 제36권2호
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• pp.132-139
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• 2023

추진제 탱크의 경량화를 위해 비강도가 우수한 탄소섬유 강화 복합재를 이용하여 라이너 없이 복합재 추진제 탱크를 제작하기 위한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 MEOP 1.7 MPa의 내압을 지탱할 수 있는 직경 800 mm의 복합재 추진제 탱크 축소형 시제를 설계하였고, 보스 또한 동일한 복합소재로 제작하여 무게를 줄였다. 라이너 없이 탱크를 제작하기 위해 분리형 맨드릴을 이용하였고, 맨드릴의 무게도 줄이고 경화 과정에서 맨드릴의 팽창을 줄여 치수안정성을 도모하기 위해 복합재로 맨드릴을 제작하였다. 맨드릴 상에 탄소섬유 직물 소재를 핸드레이업 공정으로 적층한 후 오토클레이브 경화 과정을 거쳐 시제품을 제작하였다. 시제품 제작 후, 상온 보증압 시험과 헬륨 기밀 시험, 그리고 상온 반복 내압 시험과 파열 시험을 수행하여 내압 강도 및 기밀 성능 요건을 충분히 만족함을 확인하였고 파열압에 대한 안전여유가 충분함을 확인하였다. 본 연구 결과를 발사체 연료탱크 개발에 적용함으로써 발사체 전체 경량화에 기여할 수 있고, 향후 극저온 성능까지 검증한다면 극저온 산화제탱크 제작에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권10호
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• pp.688-695
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• 2017

CFRP는 금속에 비해 가벼우면서 강도 및 강성과 내열성 등 기계적 특성이 매우 뛰어나 다양한 분야에서 사용되어지고 있으며 최근 우주항공 분야에 까지 사용되어지고 있지만 외부 충격하중으로 인하여 내부에 발생되는 손상에 대해서는 매우 취약한 단점을 보이고 있다. 본 연구는 외부 충격을 받은 CFRP 적층판의 내부 충격손상에 대해 반복적인 사용에 따른 파괴에 이르기까지의 강도를 고찰함으로써 우주항공 분야에 사용되는 항공기 외판의 설계를 위한 설계 데이터를 확보하기 위한 실험적 연구이다. 실험 빙법으로는 적층구성을 달라하여 제작된 의사등방형 CFRP 시험편과 직교이방성 CFRP 시험편에 대해 직경 5mm의 강구를 충돌시킴으로써 발생하는 충격손상을 관찰한 후 3점 굽힘피로실힘을 통하여 내부 층간분리 및 충격손상의 진전을 관찰하였다. 시험편 내부의 파괴가 발생하기 까지 굽힘피로실험에 따른 굽힘피로강도를 고찰한 결과 강구에 의해 충격을 받은 면이 인장을 받는 경우와 충격을 받는 경우 모두 의사등방성 적층구성의 강도가 높게 나타남을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제24권6호
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• pp.1491-1498
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• 2000

In recent years, CFRP composite materials have been increasingly used in various fields of engineering because of a high specific strength and stiffness properties. Drilling is one of the most impo rtant cutting processes that are generally carried out on CFRP materials owing to the need for the structural integration. However, delamination are often occurred as one of the drilling damages. Therefore, there are needs studying for the relationships between CFRP drilling and delamination in order to avoid low strength of the structures and inaccuracies of the integration. In this study, AE signals and thrust forces were used for the evaluations of the delamination from a drilling process in [0/900]s CFRP materials. And the drilling damage processes were observed and measured by a real time monitoring technique with a video camera. From the results, we found that the relationships between the delamination from drilling and AE characteristics and drill thrust forces for [0/900]s CFRP composites. Also, we proposed the monitoring method for a visual analysis of drilling damages.

• 대한기계학회논문집A
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• 제24권11호
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• pp.2771-2776
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• 2000

In this work, the effect of surface treatment of prepreg on the mode I fracture behavior was studied. Unidirectional (0-deg) double cantilever beam (DCB) specimens were used for fracture tests. Two groups of DCB specimens were made: the first group was made of prepregs surface-treated by Ar(sup)+ ion beam under oxygen environment and the second group was made of regular prepregs. For both groups, fracture resistance curve (R-curve) was determined and compared to each other, Results showed that resistance behavior of the first group is better than that of the second group. That is, mode I fracture toughness, G(sub)Ic of the first group is 24% larger than that of the second group. SEM examination shows that the improvement of G(sub)Ic is due to the increase of interfacial strength between plies.