• 항공우주산업기술동향
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• 제9권1호
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• pp.139-149
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• 2011

액체 로켓 엔진의 연소기는 높은 온도의 연소가스를 발생시키므로 연소실과 노즐은 열적으로 보호되어야 한다. 고공 엔진의 노즐확장부도 고열에 견딜 수 있게 설계되어야 하며, 이를 위하여 가스냉각, 삭마냉각, 복사냉각등 다양한 방법의 냉각이 적용되고 있다. 특히 큰 노즐 팽창비를 갖는 상단엔진의 경우 무게가 발사체 성능에 미치는 영향이 크므로 경량 내열 소재가 개발되어 사용되어 왔다. 미국과 러시아, 유럽에서 사용되어 온 노즐확장부 재료를 조사한 결과 스테인리스강과 티타늄합금과 같은 무거운 금속 재료에서 경량의 탄소섬유 강화 복합재 또는 세라믹 복합재로 바뀌어 가는 경향이 파악되었다.

• Composites Research
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• 제28권3호
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• pp.81-88
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• 2015

본 논문은 착용형 근력지원 로봇의 경량화를 위하여 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) 복합재료의 적용 설계와 유한요소해석을 이용한 안전성 평가 내용을 기술하였다. 금속재 프레임으로 제작된 착용형 근력지원 로봇에 대하여 탄소섬유 복합소재로 대체하였고, 적용 재료에 대하여 ASTM을 기준으로 인장, 압축 그리고 전단시험을 통하여 해석적 평가를 위한 기계적 물성시험을 수행 하였다. 구조해석 결과를 이용하여 설계된 경량 착용형 근력지원 로봇의 메인 프레임 및 대퇴부 프레임은 경량 설계의 설계요구조건을 만족하였으며 제작된 로봇이 기존 금속재 프레임 대비 경량화 효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.

• 한국가스학회지
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• 제15권6호
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• pp.57-62
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• 2011

본 연구에서는 70MPa의 충전압력을 갖는 130L 수소연료 저장탱크에 대한 최적설계를 유한요소법과 다구찌 설계법으로 고찰하였다. 6061-T6의 알루미늄 라이너의 외벽면에 T800-24K의 탄소섬유로 감아서 제조한 복합소재 연료탱크의 강도안전성을 미국 DOT-CFFC와 KS의 설계안전 규격을 기준으로 해석하였다. 70MPa용 수소가스탱크의 응력강도에 대한 FEM 해석결과에 의하면, US DOT-CFFC와 KS 규격에서 제시한 응력비 2.4의 기준값과 비교할 때 안전한 것으로 나타났다. 따라서, 다구찌 설계법에 기반한 최적설계 데이터는 설계모델 5번으로 선정할 수 있고, 여기서 제시할 수 있는 알루미늄 라이너의 두께는 6.4mm, 탄소섬유 적층에서 후프방향의 두께는 31mm, 헤리컬방향의 두께는 10.2mm이다.

• Composites Research
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• 제36권6호
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• pp.441-447
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• 2023

최근 경량 소재에 대한 수요 증가로 기존 금속과 복합재간 접합 관심이 지대하다. 리벳팅과 같은 볼트 체결인 기계적 결합의 경우 응력 집중, 균열 및 박리가 발생함에 따라 접착제를 사용한 화학적 결합이 주목받고 있다. 본 논문에서는 접착제의 접합강도 향상을 위해 레이저 및 플라즈마 표면처리를 진행하였으며, 이에 대한 접착특성을 평가하고자 한다. 접합강도 실험을 위해 흔히 자동차용 소재로 사용되는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), CR340(Steel)과 Al6061(Aluminum)을 실험 소재로 선정해 레이저 및 플라즈마 표면처리를 진행 후 단축전단강도를 측정하였다. 플라즈마 표면처리 후 CFRP-CR340 및 CFRP-Al6061 이종소재 시편에서 각각 접합강도가 7.3% 및 39.2% 향상되었다. CR340-Al6061 시편은 레이저 표면처리에서 기준 시편대비 56.2% 증가하였다. 플라즈마 표면처리 후 표면자유에너지(SFE)가 향상되었는데 이는 화학반응 메커니즘을 통해 손상을 최소화해 접합강도 향상을 나타낸 것으로 사료된다. 레이저 표면처리는 물리적 표면처리로 거친 접합 표면 생성으로 인해 mechanical interlocking 효과로 인해 접착 강도가 향상된 것으로 사료된다. 본 연구를 토대로 실제 구조물 파손의 대표적인 원인인 피로파손을 예방하기 위해 장기 피로시험을 진행 할 예정이다.

• Composites Research
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• 제32권2호
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• pp.108-112
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• 2019

최근 복합재를 적용한 경량화에 관한 연구가 지속적으로 수행됨에 따라 탄소섬유 복합재료를 사용하여 강성대비 경량화를 목표로 하는 부품 연구가 증가하고 있다. 복합재료는 등방성 재료와는 달리 적층판의 방향과 적층 순서에 따라 물리적 특성이 변화한다. 그러므로 복합재료 사다리의 경우 계획한 설계를 검증하기 위해서 구조 해석을 수행하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 패브릭 소재를 적용하여 사다리를 설계하였다. 또한 유한요소해석을 통하여 하중 위치가 사다리에 미치는 영향을 분석하고 가장 문제가 되는 위치를 선정하여 구조적 성능을 분석하였다. 다양한 적층 순서를 적용하여 구조해석을 실시하고 각 층에서의 파손 값을 측정함으로써 적층 순서가 사다리의 구조 강도에 미치는 영향을 분석하였다.

• 한국가스학회지
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• 제16권3호
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• pp.16-21
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• 2012

본 연구에서는 70MPa의 충전압력을 갖는 110L 수소연료 저장탱크에 대한 강도안전성을 FEM으로 해석하였다. 6061-T6 알루미늄 라이너의 외벽면에는 Toray의 T800-24K와 T700-12K, 그리고 Mitsubishi Ray의 MR60H-24P 탄소섬유를 사용하여 와인딩한 복합소재 연료탱크의 강도안전성을 미국의 DOT-CFFC와 KS의 안전규격으로 고찰하였다. 70MPa용 수소가스탱크의 응력강도에 대한 FEM 해석결과에 의하면, 거의 유사한 소재특성을 갖는 Toray의 T800-24K와 Mitsubishi Ray의 MR60H-24P는 70MPa의 수소연료 저장탱크를 제조하는데 사용해도 안전한 것으로 나타났다. 반면에, Toray의 T700-12K는 70MPa의 충전압력을 갖는 복합소재 저장탱크를 제조하기에는 강도안전성을 보장할 수 없으므로 60MPa 이하의 수소연료 복합소재탱크 제조를 권장한다.

• Composites Research
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• 제33권3호
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• pp.147-152
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• 2020

본 연구에서는 스파/스킨 복합재 일체형 구조물 시편 제작을 통해 구조물 형상에 의한 국부적인 내부압력 구배 및 표면접착필름 적용 조건에 따른 복합재 내부 기공의 거동에 대하여 실험적으로 평가하였다. 표면접착 필름과 탄소섬유 프리프레그 소재의 점도특성 및 열분석 비교를 통해 경화특성 및 속도 차이를 확인하였다. 그리고 스파/스킨 일체형 구조물 시편을 표면접착필름 적용 조건에 따라 2가지 유형으로 성형 제작하여 표면상태검사, 비파괴 검사 및 파괴 검사를 통하여 검증하였다. 표면접착필름이 전체 표면에 적용된 시편#1의 경우 내부구조에 의한 압력 구배가 발생하고 이로 인해 낮은 압력이 적용되는 부위에서 형성된 기공들이 먼저 경화된 표면접착필름에 막혀 배출되지 못함을 확인할 수 있었으며, 표면접착필름이 적용되지 않아 탄소섬유 프리프레그가 전면 노출된 시편#2에서는 내부 기공이 완전히 배출됨을 볼 수 있었으며 미리 경화된 표면접착필름이 내부 기공 이동 및 배출에 있어서 차단막(Barrier film)으로 작용할 수 있음을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제34권2호
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• pp.136-142
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• 2021

3D 프린팅 기술은 금형이 없이 다양한 형태의 제품을 만들기 쉬운 장점이 있지만, 기존 보편화된 성형법에 비해 기계적 물성이 낮고, 소재 및 제작 조건 등에 따라 기계적 물성이 크게 달라지는 문제가 있다. 한편, 높은 물성을 구현하기 위해서는 제조비용이 높아지는 문제가 있어, 이에 대한 연구 필요성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 단섬유 탄소섬유 보강 나일론 필라멘트를 이용하여 3D 프린팅 열가소성 구조물을 제작하였다. 또한 인발 성형된 연속섬유 형태의 탄소섬유 혹은 유리섬유 강화 열경화성 복합재를 이용해 외측면을 보강하여 기계적 물성 향상 방법을 제시하였다. 보강재의 보강 위치와 섬유의 종류에 따른 굽힘물성 향상을 확인하였다.

• 천문학회보
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• 제37권2호
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• pp.227.2-227.2
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• 2012

대구경 고해상도 광학탑재체의 광구조부는 주반사경과 부반사경 등을 포함한 주요 광학부품들과 검출기를 포함한 초점면 조립부 등을 고정 지지해주는 부분으로, 발사시 전달되는 진동 및 우주 열환경하에서의 길이 안정성을 광학성능 범위내로 유지하여야 한다. 광학탑재체의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 것은 주반사경과 부반사경의 광축방향의 길이 안정성으로, 광학탑재체의 작동 온도범위 내에서 수 마이크로미터 내외로 안정성이 요구된다. 이를 실현하기 위하여 주반사경과 부반사경의 간격은 열 및 흡습에 둔감한 탄소섬유 강화수지 복합재로 되어 있는 경통 구조물로 설계, 제작된다. 제작된 경통구조물의 길이 안정성을 검증하기 위해서는 별도의 정밀 측정장치가 필요하게 된다. 본 논문에서는 이러한 길이 안정성 측정장치에 대해 기술한다. 온도에 대해 변화가 거의 없는 (CTE<0.1ppm/K) Zerodur 소재의 막대 구조물을 기준 스케일로 삼았고, 이를 지지하기 위해 Invar 소재의 구조물을 사용 하였다. 주반사경의 베젤부위와 부반사경의 접속부위의 변위 변화를 세점에서 측정하여 길이 안정성을 측정할 수 있게 하였다.

• Composites Research
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• 제35권2호
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• pp.93-97
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• 2022

열가소성 복합재의 핫프레스 성형공정에서 근적외선 가열의 적용은 소재를 성형온도까지 고속가열함으로써 공정 전체의 생산성을 확보할 수 있으나, 고에너지, 높은 성형온도, 고속가열에 의해 소재의 열화가 발생하여 재용융 성능 등의 소재 특성이 저하될 수 있다. 이에 본 연구는 고성능 항공소재로 활발히 연구개발되고 있는 Carbon fiber reinforced Polyetherketoneketone(CF/PEKK) 복합재에 적합한 핫프레스 성형공정의 최적화된 공정조건을 확립하기 위하여 근적외선 고속가열을 적용하였을 때, CF/PEKK 복합재에서 발생할 수 있는 열화 메커니즘과 그 특성을 형태학적, 열적 특성 및 기계적 성능 시험을 통해 평가하였다. 열화 반응에 따른 메커니즘 규명은 광학현미경을 활용하여 PEKK의 결정구조의 형태학적 조사를 기반으로 분석하였다. 그 결과, 열화가 진행됨에 따라 구결정의 크기가 감소하며 최종적으로 완전 열화 시 구결정이 소멸되는 것을 확인하였다. 열적 특성은 용융온도, 결정화온도, 발열량이 열화가 진행됨에 따라 감소하는 경향이 관찰되며, 460℃ 장시간 노출에서 결정구조가 소멸된 것을 확인하였다. 랩전단강도(Lap shear strength)시험 결과, 열화된 표면에서는 낮은 접합강도가 관찰되며, 접합면 분석에서 특정 면에서는 열에 의한 용융 특성이 나타나지 않았다. 결론적으로 CF/PEKK 복합재의 근적외선 고속가열 적용에 있어 특정 온도에서 열화 진행되며, 이에 구결정의 형태학적 변화와 열가소성 소재의 재용융 특성의 저하를 확인하였다.