• Advanced Composite Materials
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• 제18권2호
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• pp.167-185
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• 2009

Environmental problems caused by extensive use of polymeric materials arise mainly due to lack of landfill space and depletion of finite natural resources of fossil raw materials like petroleum or natural gas. The substitution of synthetic petroleum-based resins with natural biodegradable resins appears to be one appropriate measure to remedy the above-mentioned situation. This study presents the development of a composite that uses environmentally degradable starch-based resin as matrix and natural mineral basalt fibres as reinforcement, and investigates the fibre's and the composite's mechanical properties. The tensile strength of single basalt fibres was verified by means of single fibre tensile tests and statistically investigated by means of a Weibull analysis. Prepreg sheets were manufactured by means of a modified doctor blade system and hot power press. The sheets were used to manufacture specimens with fibre volume contents ranging from 33% to 61%. Specimens were tested for tensile strength, flexural strength and interlaminar shear strength. Composites manufactured during this study exhibited tensile and flexural strength of up to 517 MPa and 157 MPa, respectively.

• Composites Research
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• 제35권5호
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• pp.340-346
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• 2022

본 연구에서는 복합재료 블레이드에 대한 최적 구조설계 프레임워크를 구성하고, 이를 헬리콥터 블레이드에 적용하여 최적 구조설계를 수행하였다. 단면 형상의 경우 C형 및 D형 스파를 선택할 수 있게 구성하였으며, 최적설계 프레임워크는 유전자 알고리즘과 입자 군집 최적화 알고리즘을 결합한 PSGA를 활용하였다. 단면의 기하학적 모델링은 B-spline을 이용하여 구현하였고, 유한요소 모델 생성 프로그램 Gmsh를 통해 단면 유한요소모델을 만든 뒤 단면 해석 프로그램인 Ksec2D를 사용하여 구조해석 결과를 도출하였다. 본 최적설계 프레임워크를 HART II 블레이드에 적용하여 최적 구조설계를 수행한 결과, C형 스파 모델은 기준 형상 대비 무게 7.39%, D형 스파 모델은 6.65% 감소하였으며, 이때 전단중심은 모두 공력중심과 인접한(5% 이내) 결과를 도출하였다. 본 연구를 통해 일반적인 헬리콥터 블레이드의 단면에 적용할 수 있는 최적 구조설계 프레임워크의 유효성을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.422-422
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• 2009

This paper describes the structural design of small wind turbine blade by using design of experiments. Blade structure consists of skin, spar and foam. The materials for skin and spar are a kind of Glass/Epoxy and form is polyurethane. It has 7 lay-ups with different ply angle. A factorial design is applied to design the ply angles considering manufacturing constraints and to investigate the safety factor which is calculated by structural analysis. In order to perform the structural analysis, the commercial software ABAQUS is used. Tsai-Wu failure criterion is chosen to compute safety factor. The determination of the significance of effects in the experiments is made through the analysis of variance. The results show that ply angle at skin affects the safety factor of wind turbine blade. And from this result, optimal ply angles of composite blade are achieved.

• Composites Research
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• 제35권1호
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• pp.31-37
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• 2022

본 연구에서는 복합재료 블레이드의 최적 구조설계 프레임워크를 개발하고 이를 헬리콥터 블레이드에 적용하여 구조설계를 수행하였다. 개발된 최적 설계 프레임워크는 유전자 알고리즘과 입자 군집 최적화 알고리즘을 결합한 PSGA를 활용해 구성하였다. 이는 블레이드 단면에 대한 유한요소 모델 생성, 2차원 단면 유한요소 해석, 그리고 1차원 회전 보 해석의 단계를 거쳐 최적화 결과를 도출해낸다. 설계 과정에서 각 단면들은 B-spline으로 구성되며, 유한요소 생성 프로그램인 Gmsh를 활용해 모델링 된다. 이를 활용하여 최적화 과정에서 각 변수마다 대응되는 2차원 유한요소모델을 생성해 블레이드의 구조해석을 수행했다. 본 연구에서 제안한 프레임워크를 HART II 블레이드에 적용하여 최적 구조 설계를 수행했다. 최적 설계 결과 회전익 로터에서 요구하는 구조적 특징을 유지하면서, 공진회피와 질량 등의 조건이 개선된 블레이드 형상을 도출하였다.

• Composites Research
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• 제36권1호
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• pp.32-36
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• 2023

최근 탄소 중립 등 지속 가능한 발전을 위한 지구환경 문제가 대두되면서 기존 풍력터빈의 소재인 유리섬유 복합재의 폐기 시 처리 방안이 문제가 되고 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 기존의 유리섬유 복합재를 대체할 수 있는 친환경 복합재인 아마섬유 기반 복합재를 활용하여 30kW 풍력터빈 블레이드를 제조하고 적합성을 평가하였다. 먼저 친환경 천연 아마섬유 복합재의 풍력터빈 블레이드 소재로 활용 가능성을 검증하기 위해 기계적 강도 시험을 수행하였으며, 그 결과 선행 아마섬유 복합재 물성 연구 대비 좀 더 우수한 강도가 측정된 것을 확인하였다. 또한 제작된 30kW 급 아마섬유 복합재 블레이드를 활용하여 아마섬유 복합재 블레이드의 정적강도를 측정하는 정적강도 성능평가 시험을 통하여 적합성을 확인하였다.

• Advanced Composite Materials
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• 제18권2호
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• pp.105-119
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• 2009

In this work, the structural response of thin-walled composite beams with pretwist angle is investigated by using a mixed beam approach that combines the stiffness and flexibility methods in a unified manner. The Reissner's semi-complimentary energy functional is used to derive the stiffness matrix that approximates the beam in an Euler-Bernoulli level for extension and bending and Vlasov level for torsion. The bending and torsion-related warpings induced by the pretwist effects are derived in a closed form. The developed theory is validated with available literature and detailed finite element structural analysis results using the MSC/NASTRAN. Pretwisted composite beams with rectangular solid and thin-walled box sections are illustrated to validate the current approach. Acceptable correlation has been achieved for cases considered in this study. The effects of pretwist and fiber orientation angles on the static behavior of pretwisted composite beams are also studied.

• Composites Research
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• 제22권1호
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• pp.22-31
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• 2009

최근 화석 연료가 고갈됨에 따라 대체 에너지 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 여러 대체 에너지들 중 풍력 발전기는 바람의 에너지를 전기적 에너지로 바꾸어 주는 시스템으로 매우 친환경적이기 때문에 다양하게 연구되고 있다. 따라서 본 연구의 목표는 500W급 소형 풍력 발전용 블레이드의 개발로서 외국에 비하여 상대적으로 풍속이 낮은 국내와 같은 지역에 적용할 수 있도록 설계 되어야 한다. 본 논문에서는 피로수명을 고려한 고효율 경량화 블레이드의 공력설계 및 구조설계 방법이 제안되었으며, 구조해석으로 선형 정적해석, 좌굴해석, 진동모드해석이 수행되었다. 또한 풍력 발전 시스템에 발생할 수 있는 유체충돌해석을 모사하였다. 해석결과들은 유압시험장비를 이용한 구조시험 빛 성능시험의 결과와 비교되었고, 비교적 잘 일치하여 설계결과의 안전성을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제28권4호
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• pp.204-211
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• 2015

본 논문에서는 블레이드와 같이 세장비가 크고 초기 비틀림이 존재하는 복합재료로 구성된 날개 구조물에 대한 이차원 단면의 차원축소와 복원관계를 이론적으로 기술하고 이를 이용한 복합재료 로터 블레이드의 효율적인 설계 과정을 기술하였다. 차원축소와 복원해석 수치해석 프로그램인 VABS를 이용하여 단면해석을 수행하고 연성이 고려된 강성행렬과 질량행렬을 중립점에 연결하여 블레이드의 특성을 포함한 1차원 보 모델링을 구성하였다. 1차원 보 모델을 통해 블레이드의 거동을 확인하고 내부하중을 계산하여 단면위치에서 변형률 복원을 수치적으로 계산하고 이산화 된 단면에 수치적으로 매칭하여 시각적으로 형상화하였다.

• 한국해양공학회지
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• 제28권4호
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• pp.351-355
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• 2014

Today, carbon fibers are used as heating elements. Carbon fibers are generally used to reinforce composite materials because they are lightweight and have a high strength and modulus. Carbon fiber reinforced composite materials are used for aerospace, automobile, and wind turbine blade applications. This work explored the possibility of using carbon fiber reinforced composite materials as self heating materials. The temperatures of the carbon fiber reinforced composites were measured. These results verified that the carbon fiber reinforced composite materials could be used as heating elements. A glass fiber was laminated using various methods. The thermal characteristics of the composites were evaluated. This confirmed that the generation of heat varied according to the lamination thicknesses of the carbon fiber and glass fiber. As the number of carbon fiber laminations increased, the heat-generating temperature increased. In contrast, as the number of glass fiber laminations increased, the amount of heat decreased. The generation of heat and ability to remain warm could be controlled by controlling the carbon fiber and glass fiber laminations.

• 한국소성가공학회:학술대회논문집
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• 한국소성가공학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.391-394
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• 2009

Asymmetrical and unbalanced features such as rotor blade of helicopter, actuator of hard-disk in personal computer are usually manufactured with composite materials. In this case, mass distributions and center of gravity of the parts are important because of their static balancing. Therefore in the manufacturing processes, it is needed to check out the exact data of weight and gravity center. In this study, it has been studied experimentally the balancing of laminated rotor blade by using multiple-point weighing method and lab-view system.