• 한국강구조학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.169-176
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• 2014

본 연구에서는 콘크리트 충전 각형강관 (CFTP) 단주기둥에 CFRP 쉬트를 횡방향으로 보강하고 중심축하중 실험을 수행하였다. 실험변수는 b/t, CFRP쉬트 보강겹수이며, 총 6개의 실험체가 제작되었다. 실험변수로 사용된 판폭두께비는 b/t는 60, 80, 100이고 CFRP쉬트는 3겹 보강하였다. 실험결과 판폭두께비 100 실험체에서 CFRP쉬트 3겹 보강을 통해 내력을 16% 상승시켜 보강효과를 검증하였다. 내력 저하율을 검토한 결과 국부좌굴이 발생하지 않는 단면강도를 기준으로 최대 41%정도 내력이 저하되었으나, CFRP보강을 통해 32% 정도의 내력이 저하되어 보강효과를 검증할 수 있었다. 하중-변형를 관계를 보면 강재는 항복강도 이전에 국부좌굴이 발생하였으며, CFRP쉬트의 보강을 통해 국부좌굴을 지연시킴을 확인하였다.

• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제2권2호
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• pp.13-19
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• 2011

본 연구에서는 강재가 맞대기 이음으로 연결될 경우 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) 쉬트(sheet)를 맞대기 이음부에 접착할 경우 강재 및 CFRP 쉬트에 발생하는 응력을 해석하였다. CFRP 쉬트로 보강한 경우 접착제의 두께, 강재와의 접착 길이, CFRP 강도 변화를 매개변수로 사용하여 이 매개변수에 변화에 따른 이음부의 응력분포를 분석하였다. 또한 CFRP를 여러 층으로 접착할 경우 각 층의 강도를 다르게 변화시켜 맞대기 이음부에 유리한 응력분포를 나타내는 CFRP의 강도를 제시하였다. 본 연구를 위해 빠른 수렴성을 가지며 왜곡된 요소형상에서도 정확한 응력결과를 보이는 강화변형률장(Enhanced Assumed Strain Field)을 사용한 평면변형률 유한요소에 대한 프로그램을 작성하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제29권10호
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• pp.1329-1335
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• 2005

An aluminum or CFRP (Carbon Fiber ReinfDrced Plastics)is representative one of light-weight materials but its axial collapse mechanism is different from each other. The aluminum member absorbs energy by stable plastic deformation, while the CFRP member absorbs energy by unstable brittle failure with higher specific strength and stiffness than those in the aluminum member. In an attempt to achieve a synergy effect by combining the two members, aluminum CFRP compound square members were manufactured, which are composed of aluminum members wrapped with CFRP outside aluminum square members with different fiber orientation angle and thickness of CFRP, and axial collapse tests were performed fur the members. The axial collapse characteristics of the compound members were analyzed and compared with those of the respective aluminum members and CFRP members. Test results showed that the collapse of the aluminum CFRP compound member complemented unstable brittle failure of the CFRP member due to ductile characteristics of the inner aluminum member. The collapse modes were categorized into four modes under the iuluence of the fiber orientation angle and thickness of CFRP. The absorbed energy Per unit mass, which is in the light-weight aspect was higher in the aluminum CFRP compound member than that in the aluminum member and the CFRP member alone.

• Composites Research
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• 제37권3호
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• pp.170-178
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• 2024

본 연구에서는 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)에 얇은 구리 필름(Cu film)이 배치된 hybrid composite이 제안되었으며, 두께방향 열전도도가 최대가 될 수 있는 Cu film 배치조합을 도출하는데 양자 어닐링(Quantum Annealing)이 적용되었다. CFRP의 각 ply와 Cu film간의 상관관계 분석이 유한요소 해석을 통해 수행되었으며, 수행된 결과를 바탕으로 조합 최적화 문제가 정의되었다. 정의된 문제를 양자 어닐링에 임베딩하기 위한 공식화 과정이 진행되었으며 이를 통해 CFRP의 각 ply에 투입될 수 있는 Cu film 수량에 관한 목적함수와 제약조건이 수식으로 구현되었다. 공식화된 수식은 D-Wave 양자 어닐러에 임베딩되기 위해 Ocean SDK(software development kit)와 Leap을 통해 프로그래밍 되었으며, 양자 어닐링 과정을 통해 두께 방향 열전도도가 최대를 만족하는 최적의 Cu film 배치 조합이 도출되었다. 도출된 배치 조합은 투입될 수 있는 Cu film의 수량이 적어질수록 단순한 배치 형태를 나타내었으며, 수량이 많아질수록 세밀한 배치를 보였다. Cu film의 배치 수량에 따라 생성된 최적 조합들은 두께 방향으로의 고유 열전도 경로를 나타내었으며, Cu film의 횡방향 배치 자유도가 두께 방향 열전도도 결과에 민감하게 나타날 수 있음을 보였다.

• Composites Research
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• 제29권6호
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• pp.342-346
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• 2016

경량화 소재 중 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)는 카본 섬유를 이용한 섬유구조물이다. 카본과 플라스틱의 특성을 갖는 복합소재이다. 섬유구조는 섬유방향으로 큰 강도를 갖는다. 이러한 경량 소재인 CFRP로 가장 많이 사용되는 것은 직조된 CFRP이다. 직조된 CFRP는 단방향 CFRP에 비하여 구조가 안정적이기 때문이다. 단직조된 CFRP는 고가이다. 따라서 본 연구는 단방향 CFRP의 섬유 구조 특성을 파악하고자 하였다. 본 연구에서는 적층각도 [0/X/-X/0]로 X를 변수로 갖는다. X의 각도 위상이 반전되어 적층된 단방향 CFRP이다. 이러한 단방향 CFRP를 이용하여 중앙 크랙을 갖는 두께 2 mm 판재 형태의 해석 모델을 이용하였다. 해석에서는 핀으로 연결된 상부와 하부에서 하중이 가해지고 있으며 중앙 크랙부분에서 파단을 연구한다. 해석 모델은 CATIA를 이용한 3D Surface 모델로 설계하였다. CFRP 적층을 위해, ANSYS프로그램에서 ACP를 이용한 적층 방향을 결정하여 2개의 적층들을 갖는 해석 모델을 만들었다. 이후 구조해석을 진행하였다.

• Composites Research
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• 제26권4호
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• pp.207-212
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• 2013

본 연구에서는 유리강화섬유폴리머(GFRP)와 탄소강화섬유폴리머(CFRP)로 적층된 조류력 블레이드의 스파 캡(Spar cap)을 대상으로 끝단 처짐의 제한에 따른 단방향(UD) GFRP의 적층 두께를 최적화 하였다. 또한 도출된 적층 두께에 따른 블레이드 내부의 응력의 변화와 블레이드의 재료비용을 확인하였다. 비선형 최적화에 뛰어난 순차 이차방정식 프로그래밍(SQP) 알고리즘을 사용하였고, 목적함수를 계산하기 위하여 상용 유한요소해석 프로그램인 Abaqus/Standard와 연계하였다. UD CFRP의 적층 두께가 9 mm로 제한된 경우, 끝단 처짐이 감소함에 따라 UD GFRP의 적층 두께가 증가하였다. 즉, 최적화된 스파 캡의 무게는 최대 96.2% 증가였으며 최대 인장응력은 최대 24.6% 감소하였다. 끝단 처짐이 126.83 mm로 제한된 경우, UD CFRP의 적층 두께가 줄어듦에 따라 UD GFRP의 적층 두께가 증가하였다. 이로 인하여 무게는 최대 40.1% 증가하였지만 재료비용은 최대 16.97% 감소하였다. 본 연구에서 제시한 블레이드 스파 캡의 최적화된 두께를 바탕으로 조류력 블레이드의 무게, 내부의 최대 응력과 재료비용의 상관관계를 제시하였다.

• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제2권1호
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• pp.23-29
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• 2011

본 연구에서는 CFRP쉬트로 보강된 원형 CFT기둥의 압축거동을 관찰하고 설계식을 제안하였다. 원형 CFT기둥의 CFRP쉬트의 보강효과를 관찰하기 위해 10개의 실험체를 제작하여 중심축하중 실험을 수행하였다. 실험변수로는 CFRP쉬트 보강겹수와 직경-두께비(D/t)이다. 실험결과 원형CFT기둥에 CFRP쉬트 보강을 통해 압축내력을 증가시킨 것으로 나타났다. 끝으로 ACI 440code를 응용하여 CFRP 보강된 원형 CFT기둥의 압축내력을 예측하기 위한 설계식을 제안한다. 제안식을 분석한 결과 실험결과와 비교적 일치한 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제40권2호
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• pp.197-208
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• 2020

본 연구에서는 콘크리트 원형 교각의 동적거동 특성을 향상시키기 위하여 최적의 탄소섬유강화 플라스틱 설치 방법에 대해서 해석적 기법을 적용하여 평가하였다. 범용구조해석 프로그램인 ABAQUS가 해석연구에 사용되었으며, 소성 및 손상 콘크리트 재료특성을 적용하여 구조물의 비선형해석을 실시하였다. CFRP 적용에 따른 내진성능 향상도를 분석하고자 교각높이와 보강된 높이 비율, 교각 지름 대비 CFRP 보강 두께를 해석변수로 고려하여 거동특성과 연성도를 비교 분석하였다. 해석결과를 토대로 보강에 따른 정량적인 성능향상을 확인할 수 있었으며, 보강 재료 두께 증가보다는 교각높이 대비 보강높이 비율이 보다 성능에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제3권3호
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• pp.245-251
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• 1999

이 연구는 탄소섬유판공법을 사용하여 보강된 철근콘크리트 슬래브에 집중하중 즉 같은 위치에서 휨모멘트와 전단력이 동시에 최대가 되는 경우에 대하여 탄소섬유판의 두께를 변수로 하여 슬래브의 구조적 거동을 실험하였다. 탄소섬유판의 두께에 따른 내력의 차이는 뚜렷이 나타나지 않았으며 이는 보강시험의 주된 파괴가 탄소섬유판의 파단이 아닌 하중점 주위에서의 휨-전단균열에서부터 층분리가 시작되기 때문이다. 그러므로 재하상태에 따른 설계방법을 다르게 할 필요가 있으며, 특히 같은 위치에서 휨 모멘트와 전단력이 최대가 되는 경우 탄소섬유판의 두께는 최대 0.6mm로 하고 무보강슬래브의 휨모멘트에 대한 보강된 슬래브의 휨모멘트는 1.5-2.0으로 제한하는 것이 바람직하다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.249-252
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• 2008

이 논문에서는 비부착 CFRP 판으로 긴장된 RC(Reinforced Concrete) 보의 비선형 해석방법을 제시하였다. 하중 재하 시 부재의 단면 내에서 변화하는 재료상태를 정확히 예측하기 위해 철근콘크리트 뼈대는 콘크리트와 보강철근 화이버로 구성된 화이버모델요소로 이상화하였다. 또한 CFRP 판의 비부착 거동을 모사하기 위해 CFRP 판을 뼈대요소의 각 절점에 연결되는 여러 개의 요소로 이상화하되, 연결부에서 슬립이 가능한 것으로 가정하여 슬립으로 인한 CFRP 판의 인장력을 반복적으로 보정함으로써 CFRP 판요소들의 응력이 같도록 하였다. 이 논문에서 제시한 해석방법의 정당성을 검토하기 위해 비부착 CFRP 판으로 긴장된 RC 보의 극한해석을 수행하여 해석결과를 타 연구자의 실험결과와 비교해 본 결과, 두 연구결과가 잘 일치함을 확인하였다.