• Advances in nano research
• /
• 제16권2호
• /
• pp.127-140
• /
• 2024

Upon direct/indirect exposure to flame or heat, composite structures may burn or thermally buckle. This issue becomes more important in the natural fiber-based composite structures with higher flammability and lower mechanical properties. The main goal of the present study was to obtain an optimal eco-friendly composite system with low flammability and high thermal buckling resistance. The studied composite consisted of polypropylene (PP) and short abaca fiber (AF) with eggshell powder (ESP) and halloysite clay nanotubes (HNTs) additives. An optimal base composite, consisting of 30 wt.% AF and 70 wt.% PP, abbreviated as OAP, was initially introduced based on burning rate (BR) and the Young's modulus determined by horizontal burning test (HBT) and tensile test, respectively. The effects of adding ESP to the base composite were then investigated with the same experimental tests. The results indicated that though the BR significantly decreased with the increase of ESP content up to 6 wt.%, it had a very destructive influence on the stiffness of the composite. To compensate for the damaging effect of ESP, small amount of HNT was used. The performance of OAP composite with 6 wt.% ESP and 3 wt.% HNT (OAPEH) was explored by conducting HBT, cone calorimeter test (CCT) and tensile test. The experimental results indicated a 9~23 % reduction in almost all flammability parameters such as heat release rate (HRR), total heat released (THR), maximum average rate of heat emission (MARHE), total smoke released (TSR), total smoke production (TSP), and mass loss (ML) during combustion. Furthermore, the combination of 6 wt.% ESP and 3 wt.% HNT reduced the stiffness of OAP to an insignificant amount by maximum 3%. Moreover, the char residue analysis revealed the distinct differences in the formation of char between AF/PP and AF/PP/ESP/HNT composites. Afterward, dilatometry test was carried out to examine the coefficient of thermal expansion (CTE) of OAP and OAPEH samples. The obtained results showed that the CTE of OAPEH composite was about 18% less than that of OAP. Finally, a theoretical model was used based on first-order shear deformation theory (FSDT) to predict the critical bucking temperatures of the OAP and OAPEH composite plates. It was shown that in the absence of mechanical load, the critical buckling temperatures of OAPEH composite plates were higher than those of OAP composites, such that the difference between the buckling temperatures increased with the increase of thickness. On the contrary, the positive effect of CTE reduction on the buckling temperature decreased by raising the axial compressive mechanical load on the composite plates which can be assigned to the reduction of stiffness after the incorporation of ESP. The results of present study generally stated that a suitable combination of AF, PP, ESP, and HNT can result in a relatively optimal and environmentally friendly composite with proper flame and thermal buckling resistance with no significant decline in the stiffness.

• 비파괴검사학회지
• /
• 제30권5호
• /
• pp.471-478
• /
• 2010

박막은 마이크로 전자 장치, 자기 기록 매체, 미세 기전 시스템 및 표면 코팅과 같은 다양한 응용에 있어서 매우 중요한 역할을 수행하는 재료이다. 이러한 박막의 재료 물성 값은 상응하는 거시 재료의 물성 값과 다를 수 있기 때문에 박막의 기계적 물성 값들을 신뢰성 있게 측정할 수 있는 시험법의 개발이 요구되어져 왔다. 본 연구에서는 종래의 약 처짐 시험법과 단축 인장 시험법의 한계성을 극복하기 위해 나노미터 이하의 면외 변위 측정 분해능을 갖는 백색광 간섭계를 채택한 새롭고 간편한 시험법을 개발하였다. 개발된 시험법의 유효성을 검증해 보기 위하여 스퍼터링을 포함한 마이크로 공정에 의해 자유지지 알루미늄 박막 시험편을 제작한 뒤 이를 이용하여 인장 물성 값을 측정하였다. 폭 0.5 mm, 두께 $1{\mu}m$인 시험편을 실리콘 다이상에 1~5개 제작하여 사용하였다. 모터 구동 팁, 하중계 및 6 자유도 정렬 장치로 구성된 시험기를 자체적으로 제작한 뒤 막 처짐 시험을 수행하였다. 시험기는 가능한 작게 제작하여 상용 백색광 간섭 현미경 아래에 설치 가능하도록 하였다. 백색광 간섭무늬를 이용하여 시험편과 시험기 사이의 정렬 맞춤을 수행하였다. 영 계수는 62 GPa, 항복점은 247 MPa로 측정되었다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제34권2호
• /
• pp.55-63
• /
• 2018

열차의 하중을 적절한 강성으로 지지하기 위하여 다짐시공된 노반의 효과적인 강성특성 평가 기법에 대한 연구가 요구된다. 본 연구에서는 상부노반에 대하여 크로스홀 형태의 동적 콘 관입기(CDCP)를 적용함으로써 심도에 따른 강성특성을 평가하고자 하였다. CDCP의 적용을 위하여 세 단면의 다짐시공 완료된 상부노반이 대상 현장으로 선택되었으며, 각각의 개소에 대하여 CDCP 관입실험 및 들밀도시험, 동평판재하시험(LFWD)이 수행되었다. CDCP 관입실험 결과, 심도에 따른 탄성파 발신시간 및 전단파 수신시간을 획득하였으며, 이를 이용하여 노반의 전단파속도 주상도를 획득하였다. 또한, 동일 개소에서 들밀도시험으로부터 획득한 노반의 밀도 및 전단파속도 주상도를 이용하여 심도에 따른 최대전단강성계수($G_{max}$)를 평가할 수 있었다. CDCP 관입실험 및 들밀도시험으로부터 평가된 최대전단강성계수와 LFWD시험으로부터 획득한 동탄성계수($E_{vd}$)를 상호비교한 결과 매우 우수한 선형관계를 보이므로, CDCP 관입실험으로부터 유효한 강성특성을 평가할 수 있을 것이라 판단되었다. 또한, CDCP 관입실험으로부터 도출되는 결과는 일정 심도에 대한 대표 강성특성이 아닌 심도에 따른 연속적인 강성특성 이므로 노반의 강성특성 평가에 효과적으로 이용될 수 있을 것이라 기대된다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
• /
• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
• /
• pp.761-764
• /
• 2008

본 연구는 40, 60, 80MPa급 고강도콘크리트의 변형특성에 있어서 $20{\sim}700^{\circ}C$ 범위로 상승되는 온도의 영향을 연구하는데 그 목적이 있다. 본 연구에서 시험의 종류는 설계하중 사전재하 및 잔존 강도 시험방법으로서 시험체를 가열하기 전에 극한강도의 25%하중을 사전재하한 후 가열을 실시하고, 가열하는 동안 하중을 유지하며, 목표온도에 도달한 후 고온상태 및 상온에서 24시간 냉각상태에서 시험체가 파괴될 때까지 재하를 실시했다. 시험은 W/B 46%, 32% 및 25%로 이루어진 콘크리트 시험체에 대하여 $20{\sim}700^{\circ}C$의 다양한 온도하에서 실시하였다. 시험결과 콘크리트 강도가 증가할수록 고온에서의 상대적인 탄성계수는 감소하였으며, 최대하중에서의 축방향 변형은 설계하중 사전 재하와 상관성이 높은 것으로 나타났다. 또한 온도상승에 따른 콘크리트의 열팽창변형은 압축강도뿐만 아니라 초기사전재하의 영향을 받는 것으로 나타났다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제33권9호
• /
• pp.859-869
• /
• 2009

물성치와 하중-변위곡선을 일대일 대응 시킬 수 있는 함수를 생성함으로써, 미지 재료에 대한 압입시험 데이터로부터 바로 재료물성을 찾는 압입물성평가 기법을 제시했다. 원뿔형 압입 유한요소해석으로 압입자 중심각이 압입 하중-변위 곡선에 주는 영향을 살펴 보았다. 이로부터 한 압입자 중심각에 대해 같은 Kick's law 계수 C를 갖는 두 재료들이 압입자 중심각이 변하면 서로 다른 C 값들을 가짐을 확인했다. 이어 영률, 항복강도, 변형경화지수와 하중-변위곡선 사이의 상관관계들을 분석하고, 항복변형률이 변형경화 지수와 더불어 중요한 변수임을 확인했다. 이 두 특성들을 바탕으로 이중원뿔형 압입 물성평가 수식들을 작성했다. 1회 압입 후 재료의 영률을 평가하고, 두 압입자를 이용해 얻은 하중-변위 곡선들로부터 곡률계수들을 구해 항복변형률과 변형경화 지수를 구했다. 제시된 물성평가법은 압입 하중-변위곡선들로부터, 압입자 물성과 선단반경에 상관없이, 평균오차 2% 내에서 재료 물성값들을 준다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
• /
• 제15권1호
• /
• pp.32-43
• /
• 2014

Automatic fiber placement (AFP) has become a popular processing technique for composites in the aerospace industry, due to its ability to place prepregs or tapes precisely in the exact position when complex parts are being manufactured. This paper presents the design, analysis, and manufacture of an AFP mandrel for composite aircraft fuselage skin fabrication. According to the design requirements, an AFP mandrel was developed and a numerical study was performed through the finite element method. Linear static load analyses were performed considering the mandrel structure self-weight and a 2940 N load from the AFP machine head. Modal analysis was also performed to determine the mandrel's natural frequencies. These analyses confirmed that the proposed mandrel meets the design requirements. A prototype mandrel was then manufactured and used to fabricate a composite fuselage skin. Material load tests were conducted on the AFP fuselage skin curved laminates, equivalent flat AFP, and hand layup laminates. The flat AFP and hand layup laminates showed almost identical strength results in tension and compression. Compared to hand layup, the flat AFP laminate modulus was 5.2% higher in tension and 12.6% lower in compression. The AFP curved laminates had an ultimate compressive strength of 1.6% to 8.7% higher than flat laminates. The FEM simulation predicted strengths were 4% higher in tension and 11% higher in compression than the flat laminate test results.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제32권2호
• /
• pp.251-267
• /
• 2009

Reinforced concrete (RC) structures consist of two different materials: concrete and steel bar. The stress transfer behaviour between the two materials through bond plays an important role in the load-carrying capacity of RC structures, especially when they subject to lateral load such as blast and seismic load. Therefore, bond and slip between concrete and reinforcement bar will affect the response of RC structures under such loads. However, in most numerical analyses of blast-induced structural responses, the perfect bond between concrete and steel bar is often assumed. The main reason is that it is very difficult to model bond slip in the commercial finite element software, especially in hydrodynamic codes. In the present study, a one-dimensional slide line contact model in LS-DYNA for modeling sliding of rebar along a string of concrete nodes is creatively used to model the bond slip between concrete and steel bars in RC structures. In order to model the bond slip accurately, a new approach to define the parameters of the one-dimensional slide line model from common pullout test data is proposed. Reliability and accuracy of the proposed approach and the one-dimensional slide line in modelling the bond slip between concrete and steel bar are demonstrated through comparison of numerical results and experimental data. A case study is then carried out to investigate the bond slip effect on numerical analysis of blast-induced responses of a RC column. Parametric studies are also conducted to investigate the effect of bond shear modulus, maximum elastic slip strain, and damage curve exponential coefficient on blast-induced response of RC columns. Finally, recommendations are given for modelling the bond slip in numerical analysis of blast-induced responses of RC columns.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
• /
• 한국정밀공학회 2005년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.2001-2005
• /
• 2005

The tensile test is generally used to measure mechanical properties with conventional fracture test. This test is extremely certain method to measure Young's modulus, yield strength, tensile strength and so on. ASTM, by international standard, prescribes two classes of tensile tests in tubular products. One is method that specimens aren't done by any process with Tube-shape. The other is that specimens are made on process for C-shape. In this paper, we would like to present the new-shape specimens for the tensile test. The presented specimen's shape is that put two pieces of C-shape specimens together. Besides a load point and a support point are fixed like Tube-shape specimens. This shape of specimen has a difference that existing specimen is made on one-step process out this specimen is made on two-step process. This shape is considered that stress concentration phenomenon occurs at the reduced section if a specimen is made on one step process.

• 한국화재소방학회논문지
• /
• 제30권5호
• /
• pp.54-59
• /
• 2016

구조재료 중에서 강재는 불연성 재료이지만 열전도가 높고, 온도상승에 의하여 강성의 저하가 높은 편이다. 일반적으로 강재의 항복강도 및 탄성계수는 $350^{\circ}C$에서 70%, $600^{\circ}C$에서 50% 이하로 감소하기 때문에 고온에서의 철골구조의 재하능력은 급격히 감소하게 된다. 통상 내화구조로 인정받기 위해서는 공인기관으로부터의 품질시험을 거쳐야 한다. 하지만, 실물내화실험은 공간과 시간의 제약, 고비용의 문제점을 안고 있으므로, 본 연구에서는 ABAQUS 프로그램의 유한요소법을 이용한 열해석을 수행하여 압축을 받는 H-형강기둥의 내화실험과의 비교로 해석모델의 신뢰성을 입증하고, 실물실험의 보완책으로의 가능성을 제시한다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제32권8호
• /
• pp.82-90
• /
• 2004

등방성의 2차원 단위 셀 형상을 지닌 세 종류의 심재-삼각형 심재, 육각형 심재와 starcell 심재-에 대하여 샌드위치 구조물 내에서의 응용과 관련된 기계적 특성을 연구하였다. 세 종류의 심재에 대하여 축 방향 Young 계수, 전단 계수를 계산하여 비교하고, 심재의 셀 벽을 압축 하중과 전단 하중을 받고 있는 판재로 가정하여 축 방향 압축 좌굴 강도와 전단 좌굴 강도를 산출하였다. 심재의 유연성을 나타내는 평면탄성계수를 비교하고 쌍축 굴곡 실험 (biaxial flexural test)을 실시하여 유연성을 측정하였다. 세 가지 심재 모두 축 방향으로 같은 강성을 가지고 있었으나, 삼각형 심재는 다른 두 종류의 심재에 비하여 낮은 강도를 나타내었고, starcell 심재는 다른 심재들에 비해 월등히 높은 유연성 을 나타내었다. 이러한 유연성은 starcell 심재가 곡면에 적용되는 샌드위치 구조물의 심재로서 응용될 수 있음을 보여주었다.