• Composites Research
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• 제12권1호
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• pp.47-58
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• 1999

다양한 형상 및 경계조건을 갖는 적층 복합재료 및 혼합적층 복합재료 판의 자유진동해석을 위한 실험적 연구결과에 대하여 고찰하였다. 실험에 사용한 판의 재료는 탄소섬유강화(CFRP), 유리섬유강화(GFRP) 복합재료, 알루미늄-GFRP, CFRP-GFRP 혼합적층 복합재료이다. 충격해머와 가속도계를 이용한 충격가진법을 통하여 판의 고유진동수 및 노달패턴을 얻었고, 결과는 무차원화된 진동수매개변수로 제시하였다. 복합재료의 물성, 적층강도, 판의 기하학적 형상과 경계조건 등이 복합재료 판의 진동특성에 미치는 영향에 대하여 평가하였다. 실험결과의 비교/검증을 위하여 유한요소해석을 수행하였고, 서로 잘 일치함을 보였다.

• Composites Research
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• 제12권3호
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• pp.1-7
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• 1999

Al2024-T3 판재에 카본/에폭시(carbon/epoxy) 라미네이트를 섬유배열 방향 $0^{\circ}$/$90^{\circ}$ 및 $\pm$$45^{\circ}$로 2 Plies 보강하여 CPAL(Carbon Patched ALuminum alloy)재를 제작하고, 응력비 R=0.2, 0.5에서 피로균열전파 실험을 실시하였다. X-Ray와 초음파 C-Scan 장비를 이용하여 A/2024-T3 판재의 균열과 CFRP 라미네이트 박리 거동을 조사하여 피로균열 지연 거동과 지연기구(mechanism)를 연구하였다. A/2024-T3 시험편에 비해서 CPAL 시험편은 피로균열전파속도가 현저하게 지연되었으며, 지연 정도는 $0^{\circ}$/$90^{\circ}$ CPAL이 $\pm$$45^{\circ}$ CPAL 시험편보다 크고, 응력비 R=0.2에서 응력비 R=0.5보다 크게 나타났다. CPAL 시험편의 피로균열 지연 효과는 균열후방의 박리 및 비박리 CFRP 라미네이트가 A/2024-T3 판재의 균열열림(COD)을 감소시키는 균열브리징미케니즘(crack bridging medhanism) 때문에 발생함을 확인하였다.

• 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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• 제19권4호
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• pp.23-30
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• 2006

극저온 추진제 탱크를 개발하는 과정에서 복합재와 알루미늄 라이너를 접합하기 위한 접착제의 선택은 탱크의 안전성과도 직결된 매우 중요한 문제이다. 따라서 적합한 극저온용 접착제를 선택하기 위해 3종류의 접착필름이 선정되었으며 극저온용으로 개발된 탄소섬유/에폭시와 라이너 재료로 사용되는 알루미늄으로 구성된 양면 겹치기 조인트 시편을 제작하였다. 제작된 시편을 극저온 환경챔버를 사용하여 상온과 $-150^{\circ}C$에서 인장실험을 수행하여 각 접착제의 접착강도를 비교하였으며 파손 특성을 분석하였다. 또한 양면 겹치기 조인트 시편의 각 구성재료의 온도에 따른 기계적 물성변화를 측정하였으며 이를 이용하여 ABAQUS를 통한 유한요소해석을 수행하여 양면 겹치기 조인트 시편의 인장시험결과를 분석하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제63권3호
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• pp.361-370
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• 2017

Through the use of finite element analysis and acoustic emission techniques we have evaluated the interfacial failure of a carbon fiber reinforced polymer (CFRP) repair patch on a notched aluminum substrate. The repair of cracks is a very common and widely used practice in the aeronautics field to extend the life of cracked sheet metal panels. The process consists of adhesively bonding a patch that encompasses the notched site to provide additional strength, thereby increasing life and avoiding costly replacements. The mechanical strength of the bonded joint relies mainly on the bonding of the adhesive to the plate and patch stiffness. Stress concentrations at crack tips promote disbonding of the composite patch from the substrate, consequently reducing the bonded area, which makes this a critical aspect of repair effectiveness. In this paper we examine patch disbonding by calculating the influence of notch tip stress on disbond area and verify computational results with acoustic emission (AE) measurements obtained from specimens subjected to uniaxial tension. The FE results showed that disbonding first occurs between the patch and the substrate close to free edge of the patch followed by failure around the tip of the notch, both highest stress regions. Experimental results revealed that cement adhesion at the aluminum interface was the limiting factor in patch performance. The patch did not appear to strengthen the aluminum substrate when measured by stress-strain due to early stage disbonding. Analysis of the AE signals provided insight to the disbond locations and progression at the metal-adhesive interface. Crack growth from the notch in the aluminum was not observed until the stress reached a critical level, an instant before final fracture, which was unaffected by the patch due to early stage disbonding. The FE model was further utilized to study the effects of patch fiber orientation and increased adhesive strength. The model revealed that the effectiveness of patch repairs is strongly dependent upon the combined interactions of adhesive bond strength and fiber orientation.

• 한국안전학회지
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• 제31권6호
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• pp.1-5
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• 2016

A bicycle is one of the most popular sporting goods in view of a sport activity and a human health. Metallic materials such as steel, aluminum, etc. were mainly used to the bicycle fork in the past. Nowadays, the carbon fiber reinforced composite materials are widely used to the manufacturing of a bicycle fork to reduce the weight and to increase the efficiency. Safety is a most important design parameter of a bicycle fork even if the weight and cost reduction are important. Bicycle failure may happen at the critical spot of a bicycle fork and cause the accident. In this paper, the composite bicycle fork will be analyzed to secure the safety and detect a critical spot by using the finite element method with Tsai-Wu failure criterion. The stress data were obtained for the laminated composites with various number of plies and fiber orientation under the bending load. Thus, design concept of a bicycle fork was proposed to secure the safety of a bicycle. The finite element analysis results show that the connection area between a steer tube and a fork blade is critical spot, and 75 or more layers of 0 degree are needed to secure the safety of a bicycle fork.

• Composites Research
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• 제13권4호
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• pp.42-53
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• 2000

차세대 항공기소재로 관심을 가지고 있는 Al 7075/CFRP 적층 복합재인 CARALL(CARbon ALuminum Laminates)하이브리드 복합소재 제조를 위한 중요조건중의 하나인 Al 표면처리조건과 경화방법에 대해 조사하였다. 항공기용 Al 전처리 중 대표적인 것으로 증기탈지, 크롬산 양극산화 피막처리, 황산-중크롬산 나트륨 에칭처리 및 인산 양극산화 피막처리공정이 있다. 본 실험에서는 상기 전처리 공정을 모두 항공 규격에 준해서 실시하여 Lap shear 및 Bell peel strength를 비교함으로써 효과적인 접착강도를 나타내는 표면처리 공정을 찾아내고, 시편의 자연표면상태를 그대로 관찰할 수 있는 AFM(Atomic Force Microscope)장비를 이용하여 각 전처리 시편의 표면형상을 측정함으로써 표면형상과 접착강도와의 상관관계를 고찰 하였다. 그리고 Al 표면처리와 별도로 Al과 접착제 및 탄소섬유 프리프레그를 동시에 경화시키는 방법과 탄소섬유 프리프레그를 미리 경화시킨후 다시 Al과 탄소섬유 라미네이트를 접착필름을 이용하여 재 접착시키는 이차 경화법을 적용하여 상호 접착강도 및 물성을 비교하였다. 또한 이차경화법에서의 오토클레이브 압력 변화와 DMA(Dynamic Mechanical Analysis) 장비를 이용한 접착필름의 유리전이온도($T_g$) 측정을 통해 효과적인 공정압력 및 접착내구성 유지에 필요한 최소 경화시간을 파악하였다. 상기 결과로부터 정밀 치수관리가 필요하며 고접착강도, 내구성 항공기 부품을 제작하기 위한 알루미늄 표면처리 공정과 복합재 경화공정 조건을 제시하고자 하였다.

• Composites Research
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• 제33권3호
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• pp.140-146
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• 2020

본 논문은 차량에 사용되는 파티션 패널을 기존의 알루미늄 소재에서 Carbon Fiber Reinforced Plastics(CFRP)로 소재를 변경하여 경량화 가능성을 확인하는 것을 목적으로 한다. 복합재 제작에는 3가지 방법의 직조 방법(평직, 능직, 주자직)이 사용되었고, 복합재 시편을 제작하고 시험을 수행하여 물성을 도출하였다. 이를 통해 비틀림 조건에 대한 복합재 파티션 패널 해석 모델을 구성하고, Tsai-Hill 파손 기준에 따라 구조적 안정성과 시스템 강성을 평가하였다. 섬유 배향 각도와 적층 순서에 대한 설계변수를 통해, 진화론적 알고리즘을 수행하였고, 그 결과로 최적의 복합재 파티션 패널을 설계하였다. 또한, 강도 및 비강성에 대한 구조해석 결과를 기존의 알루미늄 파티션 패널과 복합재 파티션 패널를 비교하여, 경량화 가능성을 검증하였다.