• Structural Engineering and Mechanics
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• 제22권6호
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• pp.665-683
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• 2006

The strength behaviors of Fiber Reinforced Plastics (FRP) Composites can be greatly influenced by the properties of constitutive materials, the laminate structures, and load conditions etc, accompanied by many uncertainty factors. So the reliability study on FRP is an important subject of research. Many achievements have been made in reliability studies based on the probability theory, but little has been done on the roles played by fuzzy variables. In this paper, a fuzzy reliability model for FRP laminates is established first, in which the loads are considered as random variables and the strengths as fuzzy variables. Then a numerical model is developed to assess the fuzzy reliability. The Monte Carlo simulation method is utilized to compute the reliability of laminas under the maximum stress criterion. In the second part of this paper, a generalized fuzzy reliability model (GFRM) is proposed. By virtue of the fact that there may exist a series of states between the failure state and the function state, a fuzzy assumption for the structure state together with the probabilistic assumption for strength parameters is adopted to construct the GFRM of composite materials. By defining a generalized limit state function, the problem is converted to the conventional reliability formula that enables the first-order reliability method (FORM) applicable in calculating the reliability index. Several examples are worked out to show the validity of the models and the efficiency of the methods proposed in this paper. The parameter sensitivity analysis shows that some of the mean values of the strength parameters have great influence on the laminated composites' reliability. The differences resulting from the application of different failure criteria and different fuzzy assumptions are also discussed. It is concluded that the GFRM is feasible to use, and can provide an effective and synthetic method to evaluate the reliability of a system with different types of uncertainty factors.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권8호
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• pp.889-895
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• 2012

탄소섬유강화(CFRP) 복합재료는 높은 비강성과 비강도 특성을 갖고 있기 때문에 항공기, 자동차 등의 경량화가 요구되는 분야에서 금속재를 대체하여 사용 빈도가 급격히 증가하고 있다. 그 중 항공기의 경우, 동체가 고온 다습한 환경 조건에 노출되는 경우가 많기 때문에 CFRP를 이용한 항공기의 건전성 확보를 위하여 실제 환경에서의 강도 특성을 연구할 필요가 있다. 본 논문에서는 CFRP시험편을 $75^{\circ}C$의 물에 장기간 침지하였으며. 이 시험편을 이용해 침지 기간별로 인장강도를 평가하였다. 또한, SEM을 이용하여 흡습 기간에 따른 파단면의 파괴양상을 분석하였으며 300일간 침지된 시험편에 대해 응력비 R=0.1 조건으로 피로시험을 수행하여, 침지하지 않은 시험편에 비해 피로수명이 크게 저하되는 것을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제26권2호
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• pp.105-110
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• 2013

이 연구에서는 기존의 부유식 태양광발전 구조시스템의 형태와 비교했을 때 구조적, 경제적인 면에서 향상된 새로운 형식의 부유식 태양광발전 구조물을 제안하였다. 펄트루젼 FRP는 다른 일반적인 구조 재료들에 비해 좋은 재료의 물리적, 화학적 성질을 가지고 있다. 특히, 펄트루젼 FRP는 내부식성, 경량성, 비강도 및 비강성이 뛰어나기 때문에 유해한 환경에 설치되는 부유식 태양광발전 구조물을 설계하고 제작하는데 매우 적합한 재료이다. 이 연구에서는 새로운 형식의 부유식 태양광발전 구조물과 새롭게 적용된 구조부재에 대한 안전성을 검토하기 위하여 유한요소법을 적용한 구조해석을 수행하였다.

• Composites Research
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• 제25권4호
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• pp.98-104
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• 2012

본 논문에서는 척추체 간 유합용 케이지의 응력방패현상을 감소시키기 위하여 강성 차이에 대한 연구를 수행하였다. 최근 의료 임플란트 분야에서는 탄소섬유강화 폴리머를 이용하여 좋은 결과를 보여 왔다. 그러나 생체 역학적으로 이 재료에 대하여 요추체의 안정성과 골 이식재가 받는 응력에 관련한 연구는 없었다. 따라서 이전에 유효화한 요추체 (L2-L5) 비선형 유한 요소 모델을 이용하여 L4-L5 분절의 케이지의 강성 차이에 따른 효과를 알아보기 위하여 탄소섬유강화 폴리머와 티타늄 케이지를 이용한 후방 요추체 유합 모델을 만들었다. 자가골 보다 강성이 작은 탄소 섬유강화폴리머 케이지는 인접 분절의 하종판에 응력이 적게 걸리며, 골 이식재에 응력은 증가시켰다. 위의 결과로 탄소섬유강화 폴리머 케이지는 응력 방패 현상을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 골 유합률을 증가시킬 수 있다.

• 예술인문사회 융합 멀티미디어 논문지
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• 제7권11호
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• pp.925-932
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• 2017

본 연구에서는 복합재료들 중 단방향성 탄소섬유강화플라스틱(UD CFRP)에서의 적층각도에 따른 비틀림을 받는 판의 해석을 수행하였다. UD CFRP의 경우에는 적층각도에 따른 물성치가 달라진다. 그리고 연구 모델들에서 탄소 섬유의 적층각도는 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90° 로 지정하였다. 중앙부에는 리벳이나 볼트가 사용될 것으로 가정하여 노치홀을 적용하였다. ISO 15310에서의 실험 방식을 적용하여 해석 방법을 사용했다. 하부에서 2개의 지그를 고정하고 상부에서 2개의 지그를 하강한다. 본 연구에서의 해석 결과값을 보았을 때, 적층각도가 45°일 경우가 파단 부위에 나타나는 전단응력이 254.74MPa로 가장 작은 값으로 나타남을 보였다. 따라서 비틀림이 작용할 때, 45°의 적층각도의 경우가 다른 적층각도에 비하여 더 높은 구조안전성과 내구성을 가졌음을 알 수 있었다. 이러한 결과는 CFRP 판에 비틀림이 작용할 때 그 내구성에 기여할 수 있는 기반 데이터로 적용될 수 있다고 사료된다.

• Composites Research
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• 제33권5호
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• pp.275-281
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• 2020

본 논문에서는 항공기 팬 블레이드에 적용되는 복합재와 금속 간의 접합 구조물에 대한 온도, 습도에 따른 접착제의 물성 변화에 관해 연구하였다. 항공기 운용 시 노출되는 환경 조건을 고려하여 상온 건조(Room Temperature Dry, RTD), 고온 흡습(Evaluated Temperature Wet, ETW), 저온 건조(Cold Temperature Dry, CTD) 세가지 환경에서 강도 시험을 수행하였다. 접착전단강도 시험은 ASTM D3528을 기준으로 수행하였고, 파손 영역에 대한 마이크로 구조 특성을 SEM이미지를 통해 분석하였다. 연구 결과에 따르면 RTD 환경에서의 전단강도 대비하여 ETW 환경에서 72.8% 저하되었으며, CTD 환경에서는 56.5% 증가되었다. 이는 고온 및 수분 흡습이 접착제의 기계적 특성에 큰 영향을 미치는 것을 확인했고, 저온 환경에서는 모재와 접착제 모두 취성의 증가로 인해 접착 전단 강도가 향상된 것으로 분석되었다.

• Composites Research
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• 제36권5호
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• pp.355-360
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• 2023

에폭시계 탄소섬유복합재는 고유의 높은 취성특성으로 인해 산업 응용에 적합성에 한계로 인성 특성을 향상시키기 위한 광범위한 연구가 진행되고 있다. 본 연구는 최소 함량을 활용하는 데 중점을 두고 PA6입자(pPA6)와 CTBN에 의한 인성 메커니즘을 평가하는 데 초점을 맞춰 Mode I 파단 인성 및 인장강도 분석을 통해 다양한 농도의 p-PA6와 CTBN 첨가제, 즉 0.5, 1, 2.5 및 5 phr의 영향을 평가하였다. p-PA6는 1 phr의 비교적 낮은 비율에서 인성이 강화되었으며, 인장강도를 유지하면서 동시에 향상된 인성에 기여하는 지속적인 파단 거동으로 나타났다. 또한, p-PA6의 입자 응집에 영향에 의해 전체적인 인성 메커니즘에 영향을 미치는 것을 확인하였다. CTBN 첨가는 2.5 phr 이상의 높은 농도에서 인성의 증가하나, 인장강도의 감소를 동반하고 취성을 나타내는 기존의 복합재와 유사한 파단 거동을 관찰하였으며, p-PA6, CTBN 두 첨가 기술은 특정 농도 조건에서 인장강도를 미세하게 향상시키는 것으로 확인하였다. 해당 결과를 통해 p-PA6, CTBN 강화 기술 적용에 최적화된 조건이 확립하였다.

• 공업화학
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• 제32권4호
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• pp.361-370
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• 2021

탄소 섬유 강화플라스틱은 가볍지만 우수한 기계적 강도를 가지는 복합재의 한 종류이다. 가벼우면서 우수한 기계적 강도를 가지는 탄소 섬유 강화플라스틱은 산업 전반에 널리 이용되고 있으며, 최근 활발히 연구되고 있는 전기자동차 및 무인기 등의 무게 감소 핵심 대체 부품으로 연구되고 있다. 배터리를 전원으로 사용하는 운송수단 등은 외부 충격에 이차 폭발의 위험이 있기 때문에 배터리를 안전하게 보호할 수 있는 덮개가 필수적인 동시에, 무게를 줄여 주행거리를 늘려야 하는 요구조건을 만족해야 한다. 이러한 요구 조건에 부합하는 재료로 탄소섬유 강화플라스틱이 손꼽히고 있고, 배터리 보호 덮개 및 다양한 대체품으로의 활용이 연구되고 있다. 한편, 우수한 전기적 특성을 가진 탄소 섬유를 배터리 구성품으로 활용하는 연구가 배터리 분야에서 진행 중이고, 이에 더 나아가 탄소 섬유가 배터리를 보호하고 배터리 전극 및 집전체 역할까지 동시에 수행하는 구조용 배터리에 대한 연구가 스웨덴과 미국을 중심으로 활발히 연구 중이다. 본 총설에서는 탄소 섬유의 역할에 따른 구조용 배터리의 분류 및 해당 배터리들에서 발생하는 문제점 등을 포괄하는 최근 연구 동향을 요약하고, 구조용 배터리에 대한 전망을 간략히 논의하고자 한다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.171-178
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• 2019

본 연구는 탄소섬유시트, 아라미드섬유시트, 그리고 유리섬유시트를 혼합한 하이브리드 FRP 플레이트를 제작하였으며, 제작한 보강 플레이트를 보강한 후, 최대한의 휨 보강 효과가 발생되도록 다시 보강 플레이를 긴장시켜 RC보의 휨 보강 효과를 파악하고자 하였다. 또한, 긴장시키는 보강방법을 제시하는 동시에 무보강 실험체에 비해 보강효과가 어느 정도 되는지 실험적으로 규명하기 위해 실험적 연구를 진행하였다. 연구를 위해 총 8개의 RC 보 부재를 동일하게 제작하여 1 개의 실험체(N 실험체)를 제외한 7 개의 실험체는 보강재 종류, 단부 정착 앵커 개수, 보강재 두께 등을 주요 변수로 하여 실험을 실시하였다. 실험결과, 휨 거동을 보이는 실험체에 긴장을 가한 FRP 플레이트로 보강하면, 보강하지 않은 실험체에 비해 우수한 휨거동(초기강도, 항복시 강도 및 강성, 최대강도 등)보여 주었으며, 단부정착 앵커의 개수가 많고, 보강재의 두께(보강량)가 클수록 보강효과가 우수한 것으로 나타났으며, 긴장시킨 보강재는 단일 FRP 플레이트에 비해, 하이브리드 FRP 플레이트를 적용했을 때 보강효과가 더 우수하게 나타났다.

• 대한치과보철학회지
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• 제57권2호
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• pp.127-133
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• 2019

목적: 본 연구의 목적은 주조 금속 포스트, 기성 섬유강화형 포스트 그리고 치과영역에서 새롭게 주목 받고 있는 재료인 polyetherketoneketone(PEKK)으로 제작한 포스트로 수복된 근관 치료 치아의 파절 강도 및 파절 양상에 대해 조사하는 것이다. 재료 및 방법: 총 21개의 하악 소구치를 포스트 재료에 따라 각각 7개씩 3개의 군으로 무작위로 분류하였다. 그룹 A는 주조 금속 포스트 코어; 그룹 B는 기성 섬유강화형 포스트 및 레진 코어; 그룹 C는 밀링된 PEKK 포스트 코어로 수복하였다. 모든 시편은 금속관으로 수복하였다. 각각의 시편들을 제작 후 만능 시험기를 사용하여 2 mm/min 속도로 치아 장축에 대해 135도의 정적 하중을 가하여 파절 강도를 측정하고, 파절 양상에 대해 조사하였다. 결과 분석은 유의수준 ${\alpha}=.05$에서 Kruskal-Wallis test 후 사후검정으로 Mann-Whitney U test를 시행하였다. 결과: PEKK 포스트 파절 강도는 주조 금속 포스트와 기성 섬유강화형 포스트에 비해 낮은 값을 보였다. 파절양상에 있어서는 육안과 현미경, 방사선 사진을 통해 살펴본 결과 금속 포스트 코어에서는 치근파절의 양상이 대부분 나타난 반면 기성 섬유 강화형포스트는 포스트의 탈락이 주로 발생하였다. PEKK 포스트 코어의 경우 치아와 포스트가 함께 파절되는 양상이 주로 나타났다. 결론: 치관부 치질이 심하게 손상된 치아 수복 시 적절한 재료의 선택이 필요하며, PEKK 포스트의 임상적 적용을 위해서는 강도 향상에 대한 연구가 더 필요할 것으로 보인다.