• Composites Research
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• 제34권2호
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• pp.101-107
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• 2021

복합재료를 활용하여 설계되는 구조물은 각 부품들의 조립, 체결부를 갖게 된다. 이러한 연결 또는 조인트는 구조에서 잠재적으로 취약 부분이 될 수 있다. 복합재료 볼트 조인트의 파손모드는 구조 안전성을 위해 베어링 파손모드로 설계된다. 베어링 파손모드로 파괴되는 복합재료 볼트 조인트의 하중-변위 관계는 초기 파손 발생 후 비선형 거동을 보이며, 점진적인 파손을 보인다. 이러한 비선형적이고 점진적인 복합재료 볼트 조인트의 파손거동을 정확히 예측하기 위해 본 연구에서는 기존의 파손해석 모델에서 전단 손상변수 계산 과정에 수정을 수행하였다. 수정된 파손해석 모델을 이용하여 복합재료 볼트 조인트의 베어링 응력-베어링 변형률 결과를 예측하였으며, 기존 수정되지 않은 해석모델과 비교를 통해 수정된 모델의 유효성을 입증하였다.

• Composites Research
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• 제36권3호
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• pp.154-161
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• 2023

본 연구에서는 경량화를 위해 금속 링크를 탄소섬유/에폭시 복합재 링크로 대체하고자 파손 기준을 이용하여 복합재 링크가 주어진 하중 조건을 견딜 수 있는지를 평가하였다. 복합재의 파손 양상을 예측하기 위해 MMF 기준을 이용하였고, 기계적 시험을 수행하여 MMF의 기준 강도 파라미터를 구하였다. 연구결과 링크의 구멍 주위에서 응력집중이 발생하였고, 특히 굽힘 하중을 받을 때 링크 끝단과 구멍 주위에서 취약함이 드러났다. 파손 지수로부터 파손 양상을 예측하였고 매트릭스 인장 파손이 링크 끝단에서, 그리고 구멍 주위에서는 섬유의 압축 파손이 예측되었다. 본 연구를 통해 확보된 방법과 결과는 경량화를 위해 금속 부품을 탄소섬유/에폭시 복합재로 대체할 때 특정 하중 조건 하에서 복합재의 안전성을 평가하는 유용한 지침으로 활용할 수 있을 것이다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권2호
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• pp.111-118
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• 2010

복합재료 구조물에서 조인트 부위는 매우 취약한 부분이다. 본 논문에서는 후판 알루미늄-알루미늄 조인트 및 복합재-알루미늄 조인트를 접착제로 접합하여 제작한 다음, 인장실험을 수행하여 파손형태를 고찰하였다. 또한, 항복 변형률에 기초한 수정 파손영역 이론을 제안하였으며, 파괴모드별 파손하중과 상호 비교하였다. 후판 알루미늄-알루미늄 조인트와 복합재-알루미늄 조인트의 파손강도를 동일한 파손기준값을 적용하여 예측하였으며, 제작된 14종류의 시편에서는 최대 19.3% 오차범위 내에서 파손강도를 예측할 수 있었다.

• Composites Research
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• 제17권5호
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• pp.39-46
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• 2004

본 연구에서는 공간적으로 보강된 복합재(SRC)의 강도를 예측하였다. 각 방향의 라드(rod)와 라드의 체적에 비례하는 기지의 강성으로 표현되는 구조요소(structural element)를 정의하고, 이 구조요소에 파손판단식을 적용하여 SRC의 강도를 예측하였다. 라드의 파손판단식의 경우는 최대파손변형률을, 기지의 경우는 수정된 Tsai-Wu 파손판단식을 각기 적용하였다. 또한 SRC의 강도를 예측하기 위해서 라드와 SRC의 물성치를 측정하였다. 측정된 물성치는 라드의 인장 파손변형률, 3D SRC의 압축 파손변형률, $45^{\cir}$ 회전된 방향에서의 인장 및 압축 강도와 전단강도들이다. 3D/4D SRC의 강도분포는 각 SRC의 라드방향에서 크게 나타나고 라드에서 벗어날수록 작은 강도 값을 보였다. 강도의 전체분포를 보다 빠르게 계산하기 위해서 하중증분을 유동적으로 사용하였고, 하중이력을 구할 때는 균일한 하중이력을 사용하였다. 3D SRC의 라드방향 압축실험결과 해석의 비교에서 초기 기울기는 서로 잘 일치하였고, 강도값은 18% 정도의 차이를 보였다.

• Composites Research
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• 제30권4호
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• pp.229-234
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• 2017

일반적인 복합재료 구조물에서 체결부는 가장 취약한 부분이다. 복합재 체결법은 접착 조인트와 기계적 조인트로 크게 나눌 수 있으나, 환경조건에 덜 민감한 부분에는 주로 기계적 조인트가 많이 사용되고 있다. 본 논문에서는 5가지의 적층각 변화를 가지는 복합재료 기계적 조인트의 파손하중을 실험하고 예측하였다. 기계적 조인트에 대한 유한요소 해석을 수행하고 Tsai-Wu와 Yamada-Sun 파손이론을 이용하여 파괴면적지수법(FAI)으로 파손강도를 예측하였으며, 이를 실험 결과와 상호 비교하였다. 실험과 해석결과, 복합재 기계적 체결부는 0도 층의 비율이 낮을수록 파손하중이 저하되었으며, 파괴면적지수법과 Yamada-Sun 파손식으로 13.03% 오차범위 내에서 파손하중을 예측할 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.930-932
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• 2017

본 논문은 모드 I 하중하에서 곡률이 있는 복합재 적층판의 점진적 층간파손 예측에 대해 서술하였다. 곡률을 갖는 복합재 적층판의 층간파손 예측은 ABAQUS V6.13의 응집영역모델을 사용하여 수행하였다. 응집영역모델의 입력값인 층간파괴인성치는 모드 I, 모드 II, 그리고 혼합모드에 대한 층간파괴인성 시험을 통해 도출하였다. 곡률을 갖는 복합재 적층판의 점진적 층간파손 거동은, 시험과 수치해석결과가 잘 일치하는 것을 확인하였다.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 2002년도 추계학술발표회요약집
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• pp.247-247
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• 2002

• Composites Research
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• 제18권5호
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• pp.9-14
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• 2005

복합재 구조물에서 체결부위는 매우 취약한 부분이므로 복합재료 체결부에 대한 설계는 중요한 연구분야로 대두되고 있다. 본 논문에서는 클램핑 포스가 존재하는 복합재료 기계적 체결부의 파손강도를 파괴면적지수법으로 예측하였다. 클램핑 포스가 존재하는 기계적 체결부의 파손강도를 파괴면적지수법으로 예측한 결과, $22.5\%$ 범위 내에서 체결부의 강도를 예측할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권8호
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• pp.917-923
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• 2014

휴대폰과 같은 전자제품의 소형화로 체결 부품도 소형화가 요구된다. 초소형 볼트의 머리부분 두께 감소 요구에 따라 체결시 볼트 머리부 파손으로 충분한 체결력을 확보하는데 어려움이 있다. 본 연구에서는 볼트 깊이에 따른 체결 토크를 해석적으로 예측하여 비트 형상 설계에 활용하고자 한다. 볼트 머리부는 주로 전단 파손이 발생하기 때문에, 볼트용 선재의 전단 실험을 통하여 파손 기준을 설정하였다. 그리고, 설정된 전단파손 기준을 바탕으로 체결시 파손 형상과 최대 체결 토크를 예측하였다. 또한, 머리부에 성형되는 비트의 깊이에 따른 최대 체결토크을 예측하였다. 비트 깊이가 깊을수록 볼트 머리와 나사부의 경계에서 응력 집중으로 파손이 빨리 발생하고, 최대 체결 토크도 작아짐을 알 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권11호
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• pp.927-936
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• 2014

이 논문에서는 복합 적층판의 점진적 파손해석 기법을 개발하고 검증하였다. 강도 및 강성 예측의 정확성을 높이기 위해 재료 비선형 효과와 연속체 손상역학을 동시에 고려하였다. 파손 시작점과 성장을 예측하기 위한 식으로 Hashin의 판별식이 사용되었으며, 파손 모드는 수지인장/전단, 섬유 인장의 2가지 파손모드를 고려하였다. 비선형 탄성 및 점탄성의 구성방정식을 고려한 평형을 계산하기 위해 Newton-Raphson 방법이 사용되었다. 실험을 통해 얻어진 복합재료 단층의 물성을 이용하여 노치가 없는 시편에 인장력을 가했을 때 예상되는 적층복합재의 강도 및 변형률을 예측하였다. 이 경우 선형 물성과 저하계수만을 고려하여 예측된 강성/강도보다 실험결과에 근사하게 나타남을 확인하였다.