• 대한토목학회논문집
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• 제42권4호
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• pp.449-455
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• 2022

콘크리트는 가장 많이 사용되는 건설재료이다. 콘크리트의 비교적 높은 자중은 압축강도 발현과 수축저항성에서 이점을 갖지만, 초장대교량이나 초고층빌딩에 적용되기에는 구조물 자체의 무게가 큰 폭으로 증가하게 되어 거대 구조물의 형상을 제약하는 조건이 되기도 한다. 이러한 문제를 해결하고자, 경량골재를 사용하는 경량 콘크리트 개발이 많이 진행되어 왔으나, 경량 골재의 경우 다공질 구조로 인해 자체 강도가 작기 때문에, 일반적으로 경량 콘크리트는 일반 콘크리트에 비해서 낮은 강도를 가지게 된다. 본 연구에서는 기존의 경량 콘크리트의 한계점을 극복한 경량을 유지하면서 고강도를 만족시키는 건설재료를 개발하고자 하였다. 중공 유리 마이크로스피어를 낮은 물-시멘비율의 매트릭스에 다량으로 사용하는 방법을 적용해 보았으며, 네 가지 다른 종류의 마이크로스피어를 사용하여 그 적용성을 살펴보았다. 실험결과, 마이크로스피어의 종류와 관계 없이 밀도 1.7 g/cm³를 유지하면서 압축강도 60 MPa와 80 MPa를 각각 상온양생과 고온양생 조건에서 만족하는 것을 확인할 수 있었다.

• Steel and Composite Structures
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• 제43권1호
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• pp.91-106
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• 2022

This paper has focused on presenting a three dimensional theory of elasticity for free vibration of 3D-graphene foam reinforced polymer matrix composites (GrF-PMC) cylindrical panels resting on two-parameter elastic foundations. The elastic foundation is considered as a Pasternak model with adding a Shear layer to the Winkler model. The porous graphene foams possessing 3D scaffold structures have been introduced into polymers for enhancing the overall stiffness of the composite structure. Also, 3D graphene foams can distribute uniformly or non-uniformly in the shell thickness direction. The effective Young's modulus, mass density and Poisson's ratio are predicted by the rule of mixture. Three complicated equations of motion for the panel under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. The fast rate of convergence and accuracy of the method are investigated through the different solved examples. Because of using two-dimensional generalized differential quadrature method, the present approach makes possible vibration analysis of cylindrical panels with two opposite axial edges simply supported and arbitrary boundary at the curved edges. It is explicated that 3D-GrF skeleton type and weight fraction can significantly affect the vibrational characteristics of GrF-PMC panel resting on two-parameter elastic foundations.

• Steel and Composite Structures
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• 제48권3호
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• pp.275-291
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• 2023

This paper has focused on presenting vibration analysis of trapezoidal sandwich plates with 3D-graphene foam reinforced polymer matrix composites (GrF-PMC) core and FG wavy CNT-reinforced face sheets. The porous graphene foam possessing 3D scaffold structures has been introduced into polymers for enhancing the overall stiffness of the composite structure. Also, 3D graphene foams can distribute uniformly or non-uniformly in the plate thickness direction. The effective Young's modulus, mass density and Poisson's ratio are predicted by the rule of mixture. In this study, the classical theory concerning the mechanical efficiency of a matrix embedding finite length fibers has been modified by introducing the tube-to-tube random contact, which explicitly accounts for the progressive reduction of the tubes' effective aspect ratio as the filler content increases. The First-order shear deformation theory of plate is utilized to establish governing partial differential equations and boundary conditions for trapezoidal plate. The governing equations together with related boundary conditions are discretized using a mapping-generalized differential quadrature (GDQ) method in spatial domain. Then natural frequencies of the trapezoidal sandwich plates are obtained using GDQ method. Validity of the current study is evaluated by comparing its numerical results with those available in the literature. It is explicated that 3D-GrF skeleton type and weight fraction, carbon nanotubes (CNTs) waviness and CNT aspect ratio can significantly affect the vibrational behavior of the sandwich structure. The plate's normalized natural frequency decreased and the straight carbon nanotube (w=0) reached the highest frequency by increasing the values of the waviness index (w).

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2003년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.46-49
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• 2003

Cu have been widely used as signal transmission materials for electrical electronic components owing to its high electrical conductivity. However, it's size have been limited to small ones due to its poor mechanical properties, Until now, strengthening of the copper at toy was obtained either by the solid solution and precipitation hardening by adding alloy elements or the work hardening by deformation process. Adding the at toy elements lead to reduction of electrical conductivity. In this aspect, if carbon nanofiber is used as reinforcement which have outstanding mechanical strength and electric conductivity, it is possible to develope Cu matrix nanocomposite having almost no loss of electric conductivity. It is expected to be innovative in electric conduct ing material market. The unidirectional alignment of carbon nanofiber is the most challenging task developing the copper matrix composites of high strength and electric conductivity In this study, the unidirectional alignment of carbon nanofibers which is used reinforced material are controlled by drawing process in order to manufacture the intermediary materials for the carbon nanofiber reinforced Cu matrix nanocomposite and align mechanism as well as optimized drawing process parameters are verified via experiments and numerical analysis. The materials used in this study were pure copper and the nanofibers of 150nm in diameter and of $10~20\mu\textrm{m}$ In length. The materials have been tested and the tensile strength was 75MPa with the elongation of 44% for the copper it is assumed that carbon nanofiber behave like porous elasto-plastic materials. Compaction test was conducted to obtain constitutive properties of carbon nanofiber. Optimal parameter for drawing process was obtained by experiments and numerical analysis considering the various drawing angles, reduction areas, friction coefficient, etc Lower reduction areas provides the less rupture of cu tube is not iced during the drawing process. Optimal die angle was between 5 degree and 12 degree. Relative density of carbon nanofiber embedded in the copper tube is higher as drawing diameter decrease and compressive residual stress is occurred in the copper tube. Carbon nanofibers are moved to the reverse drawing direct ion via shear force caused by deformation of the copper tube and alined to the drawing direction.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권1호
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• pp.93-107
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• 2013

입상체의 열전도도 산정에 관한 연구는 다공질 매질이나 지반공학에서 다양하게 사용될 수 있다. 입상체의 열전도도 산정은 입자들 사이의 에너지 관계에 대한 모사를 통해 "유효 열전도도"를 획득하는 것으로 발전하였다. 본 연구는 불포화토의 유효 열전도도를 산정하기 위해 3차원 개별 요소법을 이용하여 입자를 생성하고 기존 네트워크 모델을 수정하여 적용하였다. 수정된 네트워크 모델을 검증하기 위해 3가지 다른 크기의 글라스 비즈와 주문진사를 이용하여 실내시험을 통해 흙-수분 특성 곡선과 포화도에 따른 시료의 열전도도를 산정하였다. 수정된 네트워크 모델에서는 흙-수분 특성 곡선을 사용하여 입자 사이의 평균 유효 열전달 실린더 반경을 조정하고 모델에 적용하였다. 일련의 실내시험과 수정된 네트워크 모델을 사용하여 결과를 비교한 결과, 흙-수분 특성 곡선을 적용한 네트워크 모델은 주어진 불포화 조건에서 입상체 시료의 유효 열전도도를 합리적으로 모사할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 포화상태의 유효 열전달 실린더 반경 계수로 정규화한 예측식을 제안하였다. 제안한 예측식을 통해 기존 네트워크 모델을 사용하여 불포화 상태에서 입상체의 유효 열전도도를 산정할 수 있다.

• Composites Research
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• 제27권6호
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• pp.248-253
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• 2014

본 연구에서는 발포 알루미늄으로 구성된 접착 구조물에서의 접합면에 대한 파괴 특성을 조사하기 위하여 각도를 변수로 정하고 TDCB 시험편을 설계하였다. 이 시험편들은 길이는 200 mm이고 시험편에 대한 접착면의 경사 각도는 $6^{\circ}$, $8^{\circ}$, $10^{\circ}$와 $12^{\circ}$인 네 가지로 모델링을 하였다. 이 시험편들의 실험 및 해석을 분석한 결과, 경사면 각도가 $6^{\circ}$, $8^{\circ}$, $10^{\circ}$와 $12^{\circ}$인 경우에 시험편들의 최대 하중은 각각 약 120 N, 137 N, 154 N과 171 N으로 발생하였다. 해석의 결과 값이 실험치에 가까워져 많은 차이를 보이지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서 이와 같은 연구 방법을 응용하여 실험 대신 시뮬레이션을 통하여 접착제로 접착된 알루미늄 폼으로 된 재료의 전단 거동에 관한 물성치를 효율적으로 파악할 수 있다고 사료된다.

• 공업화학
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• 제8권6호
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• pp.994-999
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• 1997

참치 뼈로부터 추출한 hydroxyapatite [$Ca_{10}(PO_4)_6(OH)_2$] 와 여기에 소결성 증진을 위해 wollastonite($CaSiO_3$)를 첨가하여 고상반응시킨 세라믹 소결체의 결정상, 미세구조와 꺽임강도(bending strength) 등의 특성을 고찰하였다. 참치 뼈에서 추출한 hydroxyapatite자체의 소결성은 매우 취약하였는데, 이는 건식법의 입자분쇄 한계 때문으로 보인다. Hydroxyapatite에 wollastonite가 첨가된 경우 소결온도가 $1250^{\circ}C$이하에서는 hydroxyapatite와 pseudowollastonite(${\alpha}-CaSiO_3$)가 혼재된 결정상을 보였으나, 온도가 증가할수록 hydroxyapatite의 분해에 따른 whitlockite [$Ca_3(PO_4)_2$] 상이 관찰되었다. 소결온도가 $1250^{\circ}C$이하에서는 미세한 입자들과 많은 기공들이 분포하였으며, 소결온도가 증가할수록 입자의 크기는 증가하여 소결이 상당히 진행된 미세구조를 나타내었다. Wollastonite가 첨가된 소결시편의 평균 꺽임강도는 18MPa로서 해면골(cancellous bone)의 최대 꺽임강도인 20MPs에 근접한 것으로 나타났다.

• Composites Research
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• 제35권6호
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• pp.394-401
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• 2022

Polyvinylidene chloride-resin(PVDC-resin)와 polyvinylidene fluoride(PVDF)의 두 폴리머 전구체는 열분해 과정을 통해 마이크로 다공성 탄소로 변환되어 되므로 이온 흡/탈착으로 전하를 저장하는 슈퍼커패시터용 전극재료로 유리하다. 더욱이, 두 전구체를 구성하는 여러가지 이종원소들은 탄화 후 작용기를 형성하여 추가적인 전하저장에 기여할 수 있으므로, 탄화 시 생성되는 작용기에 대한 분석은 에너지 저장용 탄소소재를 개발하는데 중요하다. 본 연구에서는 두 폴리머 전구체를 탄화시킨 후 생성된 작용기를 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)과 다양한 pH의 전해질에서 탄소 전극의 전기화학 거동 관찰을 통하여 확인하였다. 산성(1 M H₂SO₄) 전해질에서 측정된 두 탄소 전극의 비전기용량은 생성된 quinone 작용기의 패러데익 충/방전 반응 덕분에 중성 전해질(0.5 M Na₂SO₄)에서보다 증가하였다. 특히, PVDC-resin으로부터 합성된 탄소는 매우 작은 마이크로 기공이 표면에 형성되어 있어 전해질 이온의 흡착을 어렵게 하므로, PVDF로부터 합성된 탄소 전극에 비해 낮은 용량을 보인다. 염기성 전해질(6 M KOH)에서 두 탄소 전극 모두 3가지 전해질 중 가장 높은 비전기용량이 측정되었는데, 이는 구성하는 전해질 이온들(K⁺, OH^-)이 두 탄소에 형성된 마이크로 기공으로 흡/탈착이 용이하게 일어나는 동시에 패러데익 충/방전 반응으로 추가적인 전하가 저장되었기 때문이다.

• 멤브레인
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• 제32권6호
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• pp.427-441
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• 2022

고분자 전해질 막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)의 핵심 구성요소 중 하나인 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 수소이온을 애노드(anode)에서 캐소드(cathode)로 이동시키는 전해질의 역할 및 연료의 투과를 막는 분리막으로서의 역할을 수행하며 PEMFC의 성능 및 효율을 결정짓는 핵심 소재이다. 현재 나피온 (Nafion^®)으로 대표되는 과불소화계 전해질 막이 높은 수소이온 전도도 및 화학적 안정성으로 인해 상용화 되었지만, 높은 생산비용과 구동 시 환경오염 물질이 배출된다는 문제점을 갖고 있다. 이를 대체할 PEM 소재로써 고분자의 구조 조절 및 개질 과정이 용이한 다양한 종류의 탄화수소계 고분자가 제시되고 있지만, 실제 PEMFC에 적용되기 위해서는 성능 및 내구 특성을 개선해야 하는 과제가 남아있다. 이에 본 총설은 탄화수소계 PEM의 성능 및 내구 특성을 향상시키기 위해 1) 가교 구조를 도입한 가교 막 개발, 2) 무기 첨가제 도입을 통한 유⋅무기 복합 막 개발 및 3) 다공성 지지체를 활용한 강화 복합막을 개발하는 연구에 대해 살펴보고자 한다.

• 멤브레인
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• 제32권6호
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• pp.442-455
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• 2022

고온 구동형 고분자 전해질 막 연료전지(high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, HT-PEMFC)는 전극의 빠른 활성과 피독 현상에 대한 높은 저항성으로 인해 저온 구동형 PEMFC의 대안으로 많은 연구가 진행되고 있다. 폴리벤즈이미다졸(polybenzimidazole, PBI)을 기반으로 한 PEM의 경우 고온 구동 조건에서 이온 전도성 물질과의 높은 상호 작용과 우수한 열적ㆍ기계적 안정성 특징으로 인해 HT-PEMFC용 PBI 기반 전해질 막 개발과 관련된 다양한 연구들이 진행되고 있다. 본 총설에서는 고성능/고내구성의 PBI 기반 PEM을 개발하기 위해 1) 인산 및 다양한 이온전도성 물질이 도핑된 PBI 막의 특성 분석과 막 제조법에 따른 PBI 막의 물성 비교에 관한 연구를 우선적으로 살펴본 후 2) 다공성 폴리테트라플루 오르에틸렌 지지체 및 무기 입자 혼입을 통한 PBI 복합 막의 성능 개선 연구 및 3) 고분자 블렌딩을 통해 가교 구조가 도입된 PBI 기반 가교 막의 내구성 향상에 관한 연구 동향에 대하여 소개하고자 한다.