본 연구에서는 단일방향 탄소섬유강화복합재료 판에서 $S_o$ 대칭모드의 군속도 분선곡선을 전파 방향을 변화시키먼서 계산하였다. 그리고 속노 분산 곡선에서 첫 번째 단절주파수 이하인 0.2 MHz-mm에 해당하는 $S_o$ 대칭모드 군속도를 가지고서 위상속도 곡선을 얻고 slowness 곡선을 도입하여 군속도 곡선으로 교정하였다. 단일방향 섬유강화복합재료 판에서 $S_o$ 대칭모드의 속도를 전파 방향을 변화시키면서 측정하였고 교정된 군속도 곡선과 비교하였다. 측정된 속도는 섬유 방향 근처의 cusp 영역을 제외하고는 교정된 군속도 곡선과 잘 일치하였다. 이것은 단일방향 탄소섬유강화복합재료 판에서 속도가 빠른 방향으로 에너지를 더 잘 전파하기 때문에 전파 방향이 주축방향과 일치하지 않을 때 군속도 방향은 섬유 방향 쪽으로 기울어지는 결과로 나타난 것이다.
Elastic modulus of unidirectional short fiber composite has theoretically derived with the consideration of Poisson's ratios of matrix and fiber. Unidirectional short fiber composite is modeled as an aggregate of grains developed by Kerner. Under the assumption of extra strain at fiber ends, the strain distribution along the fiber's length is determined, and the elastic modulus is derived from this distribution. For the consideration of effects of Poisson's ratio, Kerner's results for particulate composites are adapted as boundary conditions. The effect of differences in Poisson's ratio of fiber and matrix on elastic modulus is studied. Proposed equation shows a good agreement with experimental data of Halpin and Tock, et al.
Nonlinear mechanical behaviors of unidirectional carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) laminates using cup-stacked carbon nanotubes (CSCNTs) dispersed epoxy are evaluated and compared with those of CFRP laminates without CSCNTs. Off-axis compression tests are performed to obtain the stress-strain relations. One-parameter plasticity model is applied to characterize the nonlinear response of unidirectional laminates, and nonlinear behaviors of laminates with and without CSCNTs are compared. Clear improvement in stiffness of off-axis specimens by using CSCNTs is demonstrated, which is considered to contribute the enhancement of the longitudinal compressive strength of unidirectional laminates and compressive strength of multidirectional laminates. Finally, longitudinal compressive strengths are predicted based on a kink band model including the nonlinear responses in order to demonstrate the improvement in longitudinal strength of CFRP by dispersing CSCNTs.
The tension behavior of Nicalon/CAS glass-ceramic matrix composites was investigated. Infrared (IR) thermography was employed for two different types of $Nicalon^{TM}/CAS$ composites, i.e., cross-ply and unidirectional specimens. During tensile testing, an IR camera was used for in-situ monitoring of progressive damages of $Nicalon^{TM}/CAS$ samples. The IR camera provided the temperature changes during tensile testing. Microstructural characterization using scanning electron microscopy (SEM) was performed to investigate the fracture mechanisms of $Nicalon^{TM}/CAS$ composites. In this investigation, the thermographic NDE technique was used to facilitate a better understanding of the fracture mechanisms of the $Nicalon^{TM}/CAS$ composites during tensile testing.
하이브리드 복합재료는 구조용으로 개발되어 여러 분야에서 응용되고 있으며, 특히 항공산업, 우주산업, 스포츠레저산업, 자동차산업 등에서 그 응용 분야를 확대하고 있다. 섬유 보강 고분자 복합재료는 비강도, 비강성이 높으며, 물리 화학적 성질, 동적 특성, 트라이볼로지 특성 등이 우수하여 고부가가치를 가지는 부품이나 성형물을 생산할 수 있다. 이러한 하이브리드 복합재료는 치차, 베어링, 캠, 씨일 등의 마찰부품으로도 사용가능성이 매우 높으며, 하이브리드 복합재료의 구조를 적절히 설계함으로써 일정한 하중에 견디며, 마찰마모특성이 뛰어난 바이오미메틱 재료로서 사용될 수 있다. 복합재료의 마찰 및 마모 특성을 규명하기 위하여 마찰 및 마모시험기를 설계하여 제작한 후 일방향 섬유복합재료의 마찰 및 마모 성질을 측정하였다. 탄소섬유, 아라미드섬유, 유리섬유 등이 포함된 일방향 복합재료의 트라이볼로지 특성을 규명하여 이를 바탕으로 최소마모율이 예상되는 하이브리드 복합재료의 구조를 제안하기 위하여 유리섬유복합재료, 탄소섬유 복합재료, 아라미드섬유 복합재료의 마찰 및 마모특성을 측정하였다. 그 결과 섬유복합재료의 마찰 및 마모성질은 섬유의 배향과 활주속도 및 보강섬유의 종류에 따라 변화함을 알았다. 각 시편에 대한 실험결과를 분석하여, 탄소섬유와 아라미드섬유가 하이브리드화 된 복합재료의 구조를 제안하고 그 시편을 제작하여 실험하였고 결과를 분석하였다.
It is well-known that the mechanical behavior of fiber-reinforced composites under hydrostatic pressure environment is different from that of atmospheric pressure environment. It is also known that the mechanical behavior of fiber-reinforced composites is affected by strain rate. In this work, we investigated the effect of strain rate on the compressional elastic modulus and fracture stress of fiber-reinforced composites under hydrostatic pressure environment. The material used in the compressional test was unidirectional carbon/epoxy composites and the hydrostatic pressures applied was 250 MPa. Compressional tests were performed applying various strain rates of 0.05 %/sec, 0.25 %/sec, 0.45 %/sec, and 0.75 %/sec. The results showed that the elastic modulus increased with increasing strain rate while the fracture stress was little affected by the strain rate.
It is well-known that the mechanical behavior of fiber-reinforced composites under hydrostatic pressure environment is different from that of atmospheric pressure environment. It is also known that the mechanical behavior of fiber-reinforced composites is affected by a strain rate. In this work, we investigated the effect of strain rate on the compressive elastic modulus, fracture stress, and fracture strain of carbon/epoxy composites under hydrostatic pressure environment. The material used in the compressive test was unidirectional carbon/epoxy composites and the hydrostatic pressures applied was 270㎫. Compressive tests were performed applying three strain rates of 0.05%/sec, 0.25%/sec, and 0.55%/sec. The results showed that the elastic modulus increased with increasing strain rate while the fracture stress was little affected by the strain rate. The results also showed that the fracture strain decreased with increasing strain rate.
The characterization of monolithic SiC and SiCf/SiC composite materials fabricated by NITE and RS processes was investigated in conjunction with the detailed analysis of their microstructure and density. The NITE-SiC based materials were fabricated, using a SiC powder with average size of 30 nm. RS- SiCf/SiC composites were fabricated with a complex slurry of C and SiC powder. In the RS process, the average size of starting SiC particle and the blending ratio of C/SiC powder were $0.4\;{\mu}m$ and 0.4, respectively. The reinforcing materials for /SiC composites were BN-SiC coated Hi-Nicalon SiC fiber, unidirectional or plain woven Tyranno SA SiC fiber. The characterization of all materials was examined by the means of SEM, EDS and three point bending test. The density of NITE-SiCf/SiC composite increased with increasing the pressure holding time. RS-SiCf/SiC composites represented a great decrease of flexural strength at the temperature of $1000\;^{\circ}C.$
The influence of solidification condition on the segregation of SiC particles in the $Al-xSi/6wt%SiC_p$(x: 6, 10, 14, 18${\cdot}$wt%) composites was investigated in the study. The results are as follows: 1) During the counter-gravity unidirectional solidification of $Al-Si/SiC_p$ composites melt, most of the SiC particles are pushed to the top of the casting. 2) The SiC particles pushing in the $Al-Si/SiC_p$ composite melts are not observed, when the interface velocity of melts increases more than 1.41 ${\mu}m/sec$. 3) The SiC particles are entrapped in the interdendrite regions, when the sizes of SiC particles in the $Al-Si/SiC_p$ composites are large than ${\varphi}22{\mu}m$.
A FEA model is proposed to study the effects of fiber waviness on tensile/comprssive nonlinear behaviors of thick unidirectional composites. In the analyses both material and geometical nonlinarities are considered. The predicted results from the FEA model are compared with those obtained from the previous analytical model (thin carpet model) Tensile/compressive tests are also conducted on the specimens with various controlled fiber waviness to obtain the nonlinear behaviors of composites experimentally. The predictions from the FEA model show better agreements with the experiments than those from the analytical model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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