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적층각도를 가진 CFRP구조물에서의 아치형 반경에 따른 내구성 개선에 대한 융합 연구 KCI 등재
한국융합학회 한국융합학회논문지 제8권 제7호 2017.07 pp.219-224
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본 논문은 탄소섬유로 구성된 아치형태의 시험편에 인장각도가 작용할 때 내부의 섬유구조에서 발생되는 등가응력과 변형량에 관한 것이다. CFRP는 무수히 많은 각 섬유가 하나의 축으로 작용하며 이를 통해 금속과 비교 할 때 높은 비강도와 비강성을 가질 수 있다. 본 연구에서 사전연구에 의해 최적 적층각도는 60°로 구성된 아치형 구조에서 반경에 따른 응력분포를 결과를 검토하며 같은 적층각도에서 그 반경이 증가할수록 내구성이 낮아짐을 알 수 있다. 이를 통해 본 연구 결과를 적층 각도에 따른 아치형 구조의 설계에 적용함으로써, 파손방지와 내구성 향상을 위한 안전설계에 기여할 수 있으며, 패드 형상의 디자인적인 요소를 융합기술에 접목하여 그 미적인 감각을 나타낼 수 있다.
This paper investigates equivalent stress and deformation happening at inner fiber structure when the tensile force acts on the specimen with arch type composed of carbon fiber. The countless many each fiber is applied on the unidirectional axis at CFRP and has the high specific strength and stiffness by comparing with iron. In this study, the distribution of stress due to radius is investigated at the structure of arch type composed with the optimum stacking angle of 60°. And the durability is seen to be lower as the radius increases at the same stacking angle. By applying the result of this study to the design of structure with arch type, it can be devoted to the safe design for the prevention of damage and the durabilty improvement. And it is possible to be grafted onto the convergence technique at the designed factor and show the esthetic sense.
적층각도가 다른 단방향 CFRP와 SM45C샌드위치형 복합재료에 관한 융합적 연구 KCI 등재
한국융합학회 한국융합학회논문지 제8권 제7호 2017.07 pp.231-236
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본 연구에서는 고분자재료인 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)과 구조용 금속인 SM45C로 이루 어진 이종 복합재료가 경량화 재료용으로 사용되고 있다. SM45C를 심재로 갖고 양면에 섬유 적층각도가 다른 단반향 CFRP를 접착시킨 샌드위치형 복합재료를 이용하여 CT(Compact Tension)시험을 기초로 한 유한요소 해 석을 진행하였다. CT시험은 하중을 받는 재료내의 크랙으로 인한 파괴거동을 확인하기 위한 대표적인 방법이다. 이종 복합재료를 기계 구조물에 적용하기 위해서는 크랙 및 구멍에 대한 영향을 연구하여야 한다. 샌드위치형 복합 재료의 CT시험에 의한 파괴거동을 시뮬레이션 해석으로 연구하였다. 본 연구 결과로서, [0/60/-60/0]의 적층각도 를 가진 단방향 CFRP 샌드위치형태 복합재료가 우수한 강도를 갖으며 최대 등가응력은 약 182GPa정도가 나타났 다. 또한 복합 재료 형상으로서의 디자인적 요소를 융합 기술에 접목함으로서 그 미적인 감각을 나타낼 수 있다.
In this study, the inhomogeneous material composed of CFRP(carbon fiber reinforced plastic) and structural metal of SM45C is used for the light material. The finite element analysis on the basis of compact tension test was carried out by using the composite material for sandwich type bonded with the unidirectional CFRP that differs in fiber stacking angle at both sides with the core of SM 45C. CT test is the representative method to confirm the fracture behaviour due to crack in material under the load. The effect on crack and hole must be investigated in order to apply inhomogeneous material to mechanical structure. As the result of this study, the fracture behaviour by CT test of the composite material for sandwich was studied by simulation analysis. The sandwich composite of unidirectional CFRP with the stacking angle of [0/60/-60/0] has the superior strength and the maximum equivalent stress of about 182GPa.Also, the esthetic sense can be shown as the designed factor of shape with composite material is grafted onto the convergence technique.
적층각도에 따른 CFRP 평판에서의 굽힘으로 발생한 크랙 파손에 관한 해석적 연구 KCI 등재
한국융합학회 한국융합학회논문지 제8권 제3호 2017.03 pp.185-190
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본 논문은 탄소섬유로 구성된 평판형태의 시험편에 굽힘 모멘트가 작용할 때 내부의 섬유구조에서 발생되 는 굽힘 응력과 전단응력, 변형에너지에 관한 것이다. CFRP는 무수히 많은 섬유가 다축구조를 형성하고 있어 굽힘 조건에서 응력을 효과적으로 분산할 수 있다. 이때 적층각도에 따라 다양한 물성을 보이게 되는데, 섬유의 수평방향 인 Stacking angle 0°에서부터 수직방향인 90°에 이르기까지의 결과에 있어, Stacking angle이 증가함에 따라 등가 응력과 전단응력이 점차 줄어들며 60°를 기점으로 다시 증가함을 보이고 있다. 본 연구결과를 토대로,적층각도에 따른 평판에서의 굽힘으로 인한 파손특성을 해석적 접근을 통해 고찰하였으며, 본연구는 파손방지와 내구성 향상을 위한 안전설계에 기여할 수 있다고 사료된다. 또한 평판 형상으로서의 디자인적 요소를 융합기술에 접목함으로서 그 미적인 감각을 나타낼 수 있다.
This study investigates the bending stress, shear stress and deformation energy happening at the inner fiber structure when the bending moment is applied to he specimen with flat shape composed of carbon fiber. As CFRP is composed of innumerable fibers with multi-axes, the stress under bending condition can be effectively distributed. Theses stresses is shown to increase again at the starting point as this angle of 60°. Therefore, the condition at the stacking angle of 60° is seen to become most adequate under the state where the bending stress happens. On the basis of this study result, the damage property by the bending at the plate due to stacking angle was examined through the analytic approach. it is thought that this study can be devoted to the safe design for damage prevention and durabilty improvement. Also, the esthetic sense can be shown as the designed factor of shape with flat plate is grafted onto the convergence technique.
적층 각도를 가진 CFRP 접착 구조물의 파손 및 정적 파괴 특성에 관한 융합 연구 KCI 등재
한국융합학회 한국융합학회논문지 제10권 제1호 2019.01 pp.155-161
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복합소재는 기존의 일반적인 소재보다 내구성과 기계적 성질들이 뛰어난 경량 소재이다. 본 연구에서는 경량 복합소 재에 주목하여, 접착제를 이용하여 접착한 CFRP 접착구조물의 정적 파괴 특성을 조사하고자 했고 적층 각도를 변수로 한 CFRP 이중외팔보 시험편을 설계하여 정적 파괴 해석을 수행하였다. 본 연구를 위하여 설계된 CFRP 이중외팔보 시험편들 의 적층각도들은 각각 30°와 45°, 60°이며, 연구 결과로서는 적층 각도 45°인 시험편이 가장 30°, 60°의 적층 각도를 가진 시험편들보다 더 좋은 내구성을 보였으며, 30°의 적층 각도를 가진 시험편이 모든 시험편 중에서 내구성이 가장 취약한 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 본 연구 결과를 통하여 적층 각도 별 CFRP 접착구조물의 파손데이터를 확보할 수 있었으며, 본 연구결과를 토대로 얻은 접착 계면의 파손데이터를 활용함으로서 실생활에서의 기계나 구조물에 융합하여 그 미적 감각 을 나타낼 수 있다.
As composite is the light weight material whose durability and mechanical property are more superior than the existing general material. By taking notice of the composite with light weight, this study was about to investigate the static fracture characteristic of the bonded CFRP structure jointed with adhesive. Also, CFRP double cantilever beam with the variable of laminate angle was designed and the static fracture analysis was carried out. The laminate angles of CFRP double cantilever beam designed for this study were 30°, 45° and 60° individually. As the study result, the specimen with the laminate angle of 45° was shown to have the durability better than those with the layer angles of 30° and 45°. It was checked that the specimen with the laminate angle of 30° had the weakest durability among all specimens. The damage data of the bonded CFRP structure by laminate angle could be secured through this study result. As the damage data of bonded interface obtained on the basis of this study result are utilized, the esthetic sense can be shown by being grafted onto the machine or structure at real life.
Effect of Stacking Sequince and Lay-Up Angle on stresses around a hole in Fiber Reinforced Laminate.
[Kisti 연계] 한국재료학회 한국재료학회 학술대회논문집 1992 pp.139-142
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항공기 주익용 하이브리드 복합재의 섬유배향각과 층간분리 성장과의 관계
[Kisti 연계] 한국정밀공학회 한국정밀공학회 학술대회논문집 2003 pp.1402-1405
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The main object of this study was evaluated by the delamination damage for fiber stacking angle. Therefore, this work need to compare the shape of delamination for a different fiber stacking angie. So this study uses a method of fatigue test which was created [0]$_2$,[+45]$_2$[90]$_2$. The extension of the delamination zone formed between aluminium alloy and glass fiber-adhesive layer were measured by an ultrasonic C-scan image. As a result, the shapes of delamination zone don't depend upon the crack propagation. We could know that the delamination zone grew interaction between stress flow of fiber layer and crack driving force. Hence, the existing study were applied to the stress transfer, fiber bridging effect, delaminantion growth rate should need to the develop useful factor because of change of fiber stacking angle.
적층각이 다른 CFRP/Al 혼성 원형부재의 충돌안전성능 평가
[Kisti 연계] 한국안전학회 Journal of the Korean Society of Safety Vol.30 No.6 2015 pp.1-6
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The actual condition is that environmental pollution due to the development of various industries has recently become a serious issue. An interest in improving the gas mileage is rising due to an increase in the number of vehicles in the era of high oil price in particular. In order to solve this problem, priority should be given to light-weight design of car body, However, at present, a design method enabling the conventional steel plate to be replaced is direly needed in order to guarantee passengers' safety according to excessive light-weight design of car body. In this study, in order to apply a design method that could realize fuel savings and environmental pollution prevention through an improvement in gas mileage together with meeting the safety requirements for vehicles, it was supposed that CFRP/Al composites member would be used as primary structural member. And to this end, it was intended to obtain optimum design data by experimentally implementing external impulsive load applied to the car body. According to results of impact test of CFRP/Al composites member, a collapsed shape of folding, crack, and bending occurred. So, it was possible to find that energy was observed. And in case of specimen having an angle of $90^{\circ}$ in the outermost layer and stack sequence of $[90^{\circ}{_2}/0^{\circ}2]s$, its collapsed length was shown to be short. Therefore, it was possible to find that the absorbed energy was shown to be higher by 20% or above at the maximum.
섬유와 기지 물성을 이용한 적층변화 예측 유한요소 해석
[Kisti 연계] 한국정밀공학회 한국정밀공학회 학술대회논문집 2012 pp.1001-1002
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[Kisti 연계] 한국복합재료학회 Composites research Vol.30 No.4 2017 pp.229-234
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일반적인 복합재료 구조물에서 체결부는 가장 취약한 부분이다. 복합재 체결법은 접착 조인트와 기계적 조인트로 크게 나눌 수 있으나, 환경조건에 덜 민감한 부분에는 주로 기계적 조인트가 많이 사용되고 있다. 본 논문에서는 5가지의 적층각 변화를 가지는 복합재료 기계적 조인트의 파손하중을 실험하고 예측하였다. 기계적 조인트에 대한 유한요소 해석을 수행하고 Tsai-Wu와 Yamada-Sun 파손이론을 이용하여 파괴면적지수법(FAI)으로 파손강도를 예측하였으며, 이를 실험 결과와 상호 비교하였다. 실험과 해석결과, 복합재 기계적 체결부는 0도 층의 비율이 낮을수록 파손하중이 저하되었으며, 파괴면적지수법과 Yamada-Sun 파손식으로 13.03% 오차범위 내에서 파손하중을 예측할 수 있었다.
Generally, joints are the weakest part in the composite structures. Composite joints can be classified into adhesive joints and mechanical joints, and mechanical joints are mainly used in areas less sensitive to environmental conditions. In this paper, the failure loads of composite mechanical joints with five different stacking angles are tested and predicted. Finite element analysis of mechanical joints were performed and failure loads were predicted by the FAI(Failure Area Index) method using Tsai-Wu and Yamada-Sun failure criteria, and the predicted failure loads were compared with experimental results. From the experiment and analysis, the failure loads of the mechanical joints were decreased as the ratio of 0 degree layer was low and they could be predicted within 13.03% using the FAI method and Yamada-Sun failure criteria.
적층각도 변화를 갖는 CFRP 모자형 단면부재의 열습 및 충격손상 평가
[Kisti 연계] 한국공작기계학회 한국공작기계기술학회지 Vol.19 No.6 2010 pp.782-789
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It is important to satisfy the requirements and standards for the protections of passengers in a car accident. There are lots of studies on the crushing energy absorption of a structure member in automobiles. In this paper, we have studied to investigate collapse characteristics and moisture absorption movements of CFRP( carbon fiber reinforced plastics) structure members when CFRP laminates are under the hygrothermal environment. In particular, the absorbed energy, mean collapse load and deformation mode were analyzed for CFRP members which absorbed most of the collision energy. Also, variation of stacking angle is important to increase the energy absorption capability. The purpose of this study is to evaluate the strength reduction and moisture absorption behavior of CFRP hat shaped member. Therefore we have made a impact collapse experiment to research into the difference of absorbed energy and deformation mode between moisture absorbed specimen and non-moisture absorbed. As a result, the effect of moisture absorption and impact loads of approximately 50% reduction in strength are shown.
적층각도에 따른 단방향 CFRP에서의 중앙 크랙의 파괴 거동에 관한 연구
[Kisti 연계] 한국복합재료학회 Composites research Vol.29 No.6 2016 pp.342-346
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경량화 소재 중 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)는 카본 섬유를 이용한 섬유구조물이다. 카본과 플라스틱의 특성을 갖는 복합소재이다. 섬유구조는 섬유방향으로 큰 강도를 갖는다. 이러한 경량 소재인 CFRP로 가장 많이 사용되는 것은 직조된 CFRP이다. 직조된 CFRP는 단방향 CFRP에 비하여 구조가 안정적이기 때문이다. 단직조된 CFRP는 고가이다. 따라서 본 연구는 단방향 CFRP의 섬유 구조 특성을 파악하고자 하였다. 본 연구에서는 적층각도 [0/X/-X/0]로 X를 변수로 갖는다. X의 각도 위상이 반전되어 적층된 단방향 CFRP이다. 이러한 단방향 CFRP를 이용하여 중앙 크랙을 갖는 두께 2 mm 판재 형태의 해석 모델을 이용하였다. 해석에서는 핀으로 연결된 상부와 하부에서 하중이 가해지고 있으며 중앙 크랙부분에서 파단을 연구한다. 해석 모델은 CATIA를 이용한 3D Surface 모델로 설계하였다. CFRP 적층을 위해, ANSYS프로그램에서 ACP를 이용한 적층 방향을 결정하여 2개의 적층들을 갖는 해석 모델을 만들었다. 이후 구조해석을 진행하였다.
Carbon fiber reinforced plastic (CFRP), one of lightweight materials, is the fiber structure using carbon fiber. It is the composite material that has the characteristics of carbon and plastic. As for the fiber structure, it has the great strength due to fiber direction. CFRP for woven type is used mostly as such a CFRP with lightweight. Woven type is more stable when compared with unidirectional type. On the other hand, woven type is highly priced. Therefore, this study aims to analyze the fiber structure of unidirectional CFRP. In this study, as the stacking angle [0/X/-X/0], X is the variable. This is unidirectional CFRP in which the angle phase of X has been reversed and stacked. By using such a unidirectional CFRP, the analysis model which had a crack at the center as the form of panel with the thickness of 2 mm was used. On analysis, the load is applied on the upper and lower parts being connected with a pin. The damage in the area near center crack was investigated. As for the analysis model, 3D surface model was designed by using CATIA. For CFRP stacking, the stacking direction was determined by using ACP in ANSYS program and the analysis model with two stacks was made. Afterwards, the structural analysis was carried out.
열습환경 하에서의 적층각도 변화에 따른 CFRP 모자형 단면부재의 압궤특성
[Kisti 연계] 한국공작기계학회 한국공작기계기술학회지 Vol.18 No.5 2009 pp.507-513
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It is important to satisfy the requirements and standards for the protections of passengers in a car accident. There are lots of studies on the crushing energy absorption of structure members in automobiles. We have investigated collapse characteristics and moisture absorption movements of CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics) hat shaped sectional members when CFRP laminates are under the hygrothermal environment. The absorbed energy, mean collapse load and deformation mode were analyzed for side members which absorbed most of the collision energy. Therefore we have made a static collapse experiment to research into the difference of absorbed energy and deformation mode between moisture absorbed specimen and non-moisture absorbed specimen.
적층각도변화에 따른 CFRP & 혼성 모자형 구조부재의 굽힘 특성
[Kisti 연계] 한국공작기계학회 한국공작기계기술학회지 Vol.17 No.3 2008 pp.34-39
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In this study, CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics) that has high specific strength and elastic modulus and low thermal strain was used as a material for the lightweight structural member. CFRP is a fiber material as anisotropic material. The anisotropic material is characterized by the change of its mechanical properties according to stacking orientation angle. CFRP orientation angle was oriented in [A/B]s in order to examine the effect of CFRP orientation angle on the characteristics of energy absorption. CFRP is very weak to the impact from the outside. So, when impact is applied to CFRP, its strength is rapidly lowered. The hybrid material was manufactured by combining CFRP to aluminum which is lightweight and widely used for structural members of the automobile. The hybrid member was shaped as a side member that could support the automobile engine and mount and absorb a large amount of impact energy at the front-end in case of automobile collision. The bending test device was manufactured in accordance with ASTM standard, and mounted to UTM for bending test. For comparing bending characteristics of the hybrid member with those of Aluminum and CFRP member, tests were performed for aluminum, CFRP and hybrid member, respectively.
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