• 제목/요약/키워드: Shape memory polymer composite

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형상기억합금을 이용한 지능형 고분자 복합재료의 설계 (Design of an Intelligent Polymer-Matrix-Composite Using Shape Memory Alloy)

  • 정태헌
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제21권10호
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    • pp.1609-1618
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    • 1997
  • Thermo-mechanical behaviors of polymer matrix composite(PMC) with continuous TiNi fiber are studied using theoretical analysis with 1-D analytical model and numerical analysis with 2-D multi-fiber finite element(FE) model. It is found that both compressive stress in matrix and tensile stress in TiNi fiber are the source of strengthening mechanisms and thermo-mechanical coupling. Thermal expansion of continuous TiNi fiber reinforced PMC has been compared with various mechanical behaviors as a function of fiber volume fraction, degree of pre-strain and modulus ratio between TiNi fiber and polymer matrix. Based on the concept of so-called shape memory composite(SMC) with a permanent shape memory effect, the critical modulus ratio is determined to obtain a smart composite with no or minimum thermal deformation. The critical modulus ratio should be a major factor for design and manufacturing of SMC.

형상기억고분자 복합재료 안테나의 제조 및 전개 거동 분석 (Preparation and Analysis of the Deployment Behavior of Shape Memory Polymer Composite Antennas)

  • 안용산;김진수;구남서;박미선;김연태;박종규;유웅열
    • Composites Research
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    • 제31권6호
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    • pp.347-354
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    • 2018
  • 형상기억고분자 복합재료는 가볍고, 변형률이 크며, 좋은 가공성과 비용적인 측면에서의 장점으로 우주환경에서 사용되는 전개형 안테나 재료로의 활용이 검토되고 있다. 본 연구에서는 탄소나노튜브를 보강재로 하여 물성이 향상된 형상기억고분자 복합재료를 제조하고, 이를 사용하여 전개형 안테나를 제작하였다. 탄소나노튜브를 형상기억고분자 기지재 안에 분산시키기 위해 다양한 방법이 사용되었고 물성적인 측면에서 우수한 분산 방법을 탐색하였다. 이렇게 제조된 형상기억고분자 복합재료의 형상기억거동을 평가하였고 형상기억고분자 복합재료 안테나의 전개 거동을 분석하였다.

형상 기억 고분자 나노 복합 소재 (Shape Memory Polymer Nanocomposites)

  • 홍진호;윤주호;김일;심상은
    • Elastomers and Composites
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    • 제45권3호
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    • pp.188-198
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    • 2010
  • 형상 기억 고분자(shape memory polymers, SMPs)는 일정한 온도 또는 특정 자극이 주어졌을 때 가해진 일시적인 변형으로부터 처음 상태로 되돌아 오는 고분자를 말한다. 이러한 형상 기억 고분자는 각종 산업에서 자가 조립 또는 자가 수리가 가능한 스마트 고분자로 분류되어 고부가가치를 지니고 있다. 특히 형상 기억 고분자의 방열 성능, 전기 전도 성능, 물리적 성능, 광학 성능 등은 다양한 충전제를 도입함으로써 향상될 수 있다. 본 논문에서는 형상 기억 고분자의 기본 원리 및 최근의 형상 기억 고분자 나노 복합재료에 대해 알아본다.

Flexural analysis of thermally actuated fiber reinforced shape memory polymer composite

  • Tiwari, Nilesh;Shaikh, A.A.
    • Advances in materials Research
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    • 제8권4호
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    • pp.337-359
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    • 2019
  • Shape Memory Polymer Composites (SMPC) have gained popularity over the last few decades due to its flexible shape memory behaviour over wide range of strains and temperatures. In this paper, non-linear bending analysis has been carried out for SMPC beam under the application of uniformly distributed transverse load (UDL). Simplified C0 continuity Finite Element Method (FEM) based on Higher Order Shear Deformation Theory (HSDT) has been adopted for flexural analysis of SMPC. The numerical solutions are obtained by iterative Newton Raphson method. Material properties of SMPC with Shape Memory Polymer (SMP) as matrix and carbon fibre as reinforcements, have been calculated by theory of volume averaging. Effect of temperature on SMPC has been evaluated for numerous parameters for instance number of layers, aspect ratio, boundary conditions, volume fraction of carbon fiber and laminate stacking orientation. Moreover, deflection profile over unit length and behavior of stresses across thickness are also presented to elaborate the effect of glass transition temperature (Tg). Present study provides detailed explanation on effect of different parameters on the bending of SMPC beam for large strain over a broad span of temperature from 273-373K, which encompasses glass transition region of SMPC.

전단지연 이론을 이용한 단섬유 형태의 SMA 보강 고분자 복합재료의 열변형 거동 해석 (Thermo-Mechanical Behavior of Short SMA Reinforced Polymeric Composite Using Shear tag Theory)

  • 정태헌;이동주
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제23권6호
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    • pp.1001-1010
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    • 1999
  • Thermo-mechanical behavior of discontinuous shape memory alloy(SMA) reinforced polymeric composite has been studied using modified shear lag theory and finite element(FE) analysis with 2-D multi-fiber model. The aligned and staggered models of short-fiber arrangement are employed. The effects of fiber overlap and aspect ratio on the thermomechanical responses such as the thermal expansion coefficient are investigated. It is found that the increase of both tensile stress(resistance stress) in SMA fiber and compressive stress in polymer matrix with increasing aspect ratio is the main cause of low thermal deformation of the composite.

TiNi/Al 6061 형상기억 복합재료의 강도해석 모듈 개발 (Development of Strength Analysis Modules for TiNi/Al 6061 Shape Memory Alloy)

  • 이동화;박영철;박동성;이규창
    • 한국정밀공학회:학술대회논문집
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    • 한국정밀공학회 2001년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.692-696
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    • 2001
  • Thermo-mechanical behavior and mechanical properties of intelligent polymer matrix composite with SMA fiber are experimentally studied. It is found that increments of compressive thermal strain is observed as the pre-strain and TiNi volume fraction increase. The smartness of the SMA is given due to the shape memory effect of the TiNi fiber which generates compressive residual stress in the matrix material when heated after being prestrained. In the paper, alloy is based on the general purpose commercial code ANSYS. And for the purpose of easy and fast user's analysis, it is developed the Graphical User Interface by using Tcl/Tk language.

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섬유 강화 지능형 연성 복합재 구동기의 재료구성에 따른 거동특성 평가 (Behavior of Fiber-Reinforced Smart Soft Composite Actuators According to Material Composition)

  • 한민우;김형일;송성혁;안성훈
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제41권2호
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    • pp.81-85
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    • 2017
  • 섬유강화 고분자 복합재료는 섬유 형태의 강화제와 고분자 형태의 기지재료가 결합된 형태로 이는 무게 대비 고강도 및 고강성의 구조물 제작에 용이하다. 본 연구에서는 형상기억합금 와이어가 삽입된 섬유 강화 지능형 연성 복합재 구동기를 제작, 이의 재료 구성에 따른 거동 특성을 평가 하고자 한다. 구동기는 형상기억합금이 포함된 구동층과 일반 구조층으로 구성되어 한 층씩 적층되는 방식으로 제작되며 재료 구성에 따른 거동 특성을 살펴보기 위하여 일반 구조층으로 사용된 유리섬유 직물의 적층 수, 기지재료의 종류를 달리한 뒤 구동 특성을 살펴보았다. 또한, 구동 시에 요구되는 인가 전류의 양을 달리하여 최대 구동각과 최대 구동각에 도달하는 구동 시간을 측정하였다.

복합재료 보에 삽입된 Ni-Ti 형상기억합금 선의 센서로의 응용을 위한 연구 (A Study on the Application of Ni-Ti Shape Memory Alloy Wire Embedded in Composite Beam as a Sensor.)

  • 이창호;이정주;허증수
    • 센서학회지
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    • 제7권4호
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    • pp.285-292
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    • 1998
  • 형상기억합금은 액츄에이터로서의 우수한 특성으로 인해 공학의 많은 분야에서 사용되고 있다. 그 중의 한 예로서 복합재료 구조물에 삽입되어 지능형 복합재료 구조물의 작동소재로서 유용하게 사용될 수 있다. 형상기억합금 선의 전기저항은 변형률에 대하여 큰 영향을 받는데, 이를 이용하여 형상기억합금 선을 이들 물리량에 대한 센서로 활용할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 복합재료 보에 삽입된 형상기억합금 액츄에이터의 센서로서의 활용 가능성을 연구 조사하여 이를 변위센서로 활용할 수 있음을 밝혔다.

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형상기억합금 선재가 삽입된 폴리머기지 능동복합재료의 회복력에 미치는 계면 접합강도의 영향 (Effect of interface bonding strength on the recovery force of SMA reinforced polymer matrix smart composites)

  • 김희연;김경섭;홍순형
    • 한국복합재료학회:학술대회논문집
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    • 한국복합재료학회 2003년도 춘계학술발표대회 논문집
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    • pp.18-21
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    • 2003
  • The effect of interface bonding strength on the recovery force of SMA wire reinforced polymer matrix composites was investigated by pullout test. Firstly, the recovery forces and transformation temperatures of various prestrained SMA wires were measured and 5% prestrained SMA wires were prepared for the reinforcements of composites. EPDM incorporated with 20vol% silicon carbide particles(SiCp) of 6, 12, $60{mutextrm{m}}$ size were used as matrix. Pullout test results showed that the interface bonding strength increased when the SiCp size decreased due to the increase of elastic modulus of matrix. Cyclic test of composites was performed through control of DC current at the constant displacement mode. The abrupt decrease of recovery force during cycle test at high current was occurred by thermal degradation of matrix. This was in good agreement with temperature related in the thermal degradation of matrix. The hysteresis of recovery force with respect to the temperature was compared between wire and composite and the hysterisis of composites was smaller than the wire due to less thermal conduction.

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직조 형태의 지능형 연성 복합재료를 이용한 쉘 구동기의 제작 (Fabrication of Shell Actuator using Woven Type Smart Soft Composite)

  • 한민우;송성혁;추원식;이경태;이재원;안성훈
    • 한국정밀공학회지
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    • 제30권1호
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    • pp.39-46
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    • 2013
  • Smart material such as SMA (Shape Memory Alloy) has been studied in various ways because it can perform continuous, flexible, and complex actuation in simple structure. Smart soft composite (SSC) was developed to achieve large deformation of smart material. In this paper, a shell actuator using woven type SSC was developed to enhance stiffness of the structure while keeping its deformation capacity. The fabricated actuator consisted of a flexible polymer and woven structure which contains SMA wires and glass fibers. The actuator showed various actuation motions by controlling a pattern of applied electricity because the SMA wires are embedded in the structure as fibers. To verify the actuation ability, we measured its maximum end-edge bending angle, twisting angle, and actuating force, which were $103^{\circ}$, $10^{\circ}$, and 0.15 N, respectively.