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Composites Research(구 한국복합재료학회지)검색


  • - 주제 : 공학분야 > 재료공학
  • - 성격 : 학술지
  • - 간기: 격월
  • - 국내 등재 : KCI 등재
  • - 해외 등재 : -
  • - ISSN : 2288-2103
  • - 간행물명 변경 사항 :
논문제목
수록 범위 : 26권 4호 (2013)

SQP법을 사용한 복합재 조류력 발전용 블레이드의 스파 캡에 대한 두께 최적화

차명찬 ( Myung Chan Cha ) , 김상우 ( Sang Woo Kim ) , 정민수 ( Min Soo Jeong ) , 이인 ( In Lee ) , 유승재 ( Seung Jae Yoo ) , 박천진 ( Cheon Jin Park )
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본 연구에서는 유리강화섬유폴리머(GFRP)와 탄소강화섬유폴리머(CFRP)로 적층된 조류력 블레이드의 스파 캡(Spar cap)을 대상으로 끝단 처짐의 제한에 따른 단방향(UD) GFRP의 적층 두께를 최적화 하였다. 또한 도출된 적층 두께에 따른 블레이드 내부의 응력의 변화와 블레이드의 재료비용을 확인하였다. 비선형 최적화에 뛰어난 순차 이차방정식 프로그래밍(SQP) 알고리즘을 사용하였고, 목적함수를 계산하기 위하여 상용 유한요소해석 프로그램인 Abaqus/Standard와 연계하였다. UD CFRP의 적층 두께가 9 mm로 제한된 경우, 끝단 처짐이 감소함에 따라 UD GFRP의 적층 두께가 증가하였다. 즉, 최적화된 스파 캡의 무게는 최대 96.2% 증가였으며 최대 인장응력은 최대 24.6% 감소하였다. 끝단 처짐이 126.83 mm로 제한된 경우, UD CFRP의 적층 두께가 줄어듦에 따라 UD GFRP의 적층 두께가 증가하였다. 이로 인하여 무게는 최대 40.1% 증가하였지만 재료비용은 최대 16.97% 감소하였다. 본 연구에서 제시한 블레이드 스파 캡의 최적화된 두께를 바탕으로 조류력 블레이드의 무게, 내부의 최대 응력과 재료비용의 상관관계를 제시하였다.

Mechanical Properties of Corn Husk Flour/PP Bio-composites

( Dani Jagadeesh ) , ( P Sudhakara ) , ( D W Lee ) , ( H S Kim ) , ( B S Kim ) , ( J I Song )
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The focus in the present work is to study the agro-waste corn husk bio-filler as reinforcement for polypropylene. These materials have been created by extrusion and injection molding. The effect of filler content by 10, 20, 30 and 40 wt. % and mesh sizes of 50~100, 100 and 300 on the mechanical properties was studied. For the un-notched specimens, the results of flexural strength showed a declining trend with increase the filler loading and the results of impact strength showed an increasing trend with increase the mesh size. In contrast, enhanced flexural modulus was observed with increasing filler loading and size.

슬래그 입자의 크기 및 체적비에 따른 슬래그 입자강화 복합재료의 기계적 특성 연구

남지훈 ( Ji Hoon Nam ) , 전흥재 ( Heoung Jae Chun ) , 홍익표 ( Ik Pyo Hong )
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본 연구에서는 제강 과정의 부산물로 발생하는 슬래그의 구조용 충전제로써의 사용 가능성을 검토하였다. 고분자 기지 슬래그 복합재료를 제작하여 슬래그 입자의 크기(8~12 μm and 12~16 μm), 체적 비(0-30 vol.%)에 따른 슬래그 복합재료의 기계적 특성에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 복합재료 물성에 영향을 주는 요인인 입자 분산 도와 계면상태를 고찰하기 위해 각각 시편에 대하여 조직사진을 촬영하였다. 인장 시험 결과 슬래그 복합재료의 재료강성은 슬래그 체적비가 증가할수록 증가하였고 인장 강도는 체적비가 증가할수록 감소하였다. 슬래그 복합재료의 재료강성은 슬래그 입자의 크기의 변화에 따른 뚜렷한 경향성을 띄지 않았고 인장강도는 입자의 크기가 작을수록 높은 값을 가졌다. 조직 사진 촬영 결과 슬래그 복합재료가 양호한 계면상태를 보였고, 낮은 체적 비에서는 좋은 분산 도를 나타냈지만 체적비가 높아지면 입자들의 뭉침 현상이 발생하는 것을 알 수 있었다.

내충격성 향상 및 경량화를 위한 하이브리드 복합재료 스트럿 타워 설계

이현철 ( Hyun Chul Lee ) , 오현주 ( Hyun Ju Oh ) , 김성수 ( Seong Su Kim )
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본 연구에서는 자동차가 불규칙한 노면을 주행 시 받게 되는 충격으로 인하여 마운트 상단에 발생하는 영구변형을 방지하고자 하이브리드 복합재료를 사용한 스트럿 타워를 설계하였다. 타이어와 현가장치에서 흡수 가능한 에너지량을 초과하였을 시 잔류 충격은 마운트로 전이되며, 특히 고속주행성능을 향상시키기 위하여 강직한 현가장치를 도입한 경우, 에너지 흡수량 저하로 인하여 기존의 스트럿 타워가 쉽게 변형될 수 있다. 유한요소해석을 통하여 압연강판과 탄소섬유 복합재료로 이루어진 하이브리드 복합재료 스트럿 타워의 최적설계를 진행하였으며, 낙하충격시험을 실시하여 동적 거동을 연구하였다. 또한 3차원 형상측정과 초음파 비파괴 검사방법을 이용하여 스트럿 타워의 손상 유무를 확인하였다.

연속 유리섬유 강화 폴리유산 복합재료의 제조 및 물성

노정우 ( Jeong U Roh ) , 이우일 ( Woo Il Lee )
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본 연구에서는 연속 유리섬유 강화 폴리유산 복합재료를 직접함침방법을 이용하여 제조하였고, 이의 기계적 열적 물성이 고찰되었다. 프리프레그의 물성은 기존의 알려진 폴리유산의 물성과 사출 성형으로 제조된 유리섬유 강화 폴리유산 복합소재와 비교 평가되었으며, 섬유체적분율 27.7% 를 갖는 연속 유리섬유 강화 폴리유산 복합재료의 인장응력, 굽힘응력, 굴곡탄성율은 각각 331.1 MPa, 528.6 MPa, 24.0 GPa의 향상된 값을 보였다. 또한 향상된 열변형 온도와 결정화도가 확인되었다. 생산속도에 따른 함침도가 고찰되었고, 그 결과 본 연구에 사용된 공정조건에서는 분당 5 m의 섬유당김속도에서 함침도 90% 이상의 연속 유리섬유 강화 폴리유산 복합재료를 제조가능하였다.

다수의 임의로 경사진 등방성 타원형 장섬유를 포함하는 복합재료에서의 응력 해석

이정기 ( Jung Ki Lee ) , 오상민 ( Sang Min Oh )
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체적 적분방정식법이라는 새로운 수치해석 방법을 이용하여, 다수의 임의로 경사진 등방성 타원형 장섬유를 포함하는 등방성 무한고체가 정적 인장하중을 받을 때 무한고체 내부에 발생하는 응력분포 해석을 수행하였다. 장섬유들과 기지 사이의 경계면은 완전결합이라고 가정하여, 평면 변형률 해석을 수행하였다. 즉, 등방성 기지에 다수의 임의로 경사진 등방성 타원형 장섬유의 중심이 1) 정사각형 배열 형태 또는 2) 정육각형 배열 형태로 포함되어 있는 경우에, 다양한 타원형 장섬유의 체적비와 다양한 경사각에 대하여, 중앙에 위치한 등방성 타원형 장섬유와 등방성 기지의 경계면에서의 인장응력 분포의 변화를 구체적으로 조사하였다. 또한, 체적 적분방정식법을 이용한 해를 해석하고, 유한요소법을 이용한 해와 비교해 봄으로서, 체적 적분방정식법을 이용하여 구한 해의 정확도를 검증하였다.

탈크 및 유리단섬유로 강화된 폴리프로필렌 복합재료의 기계적 물성 예측 모델 개발

김순 ( Soon Kim ) , 손동일 ( Dong Il Son ) , 최동혁 ( Dong Hyuk Choi ) , 정인찬 ( In Chan Jeong ) , 박영빈 ( Young Bin Park ) , 김성엽 ( Sung Youb Kim )
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본 연구에서는 입자형태인 두 가지 이상의 강화제가 기지 내에 무작위로 분포하여 하이브리드 복합재료를 이룰 때, 강화제의 함유량에 따른 복합재료의 인장강도 및 탄성계수를 예측할 수 있는 이론 모델을 제안하였다. 이를 위하여 연속적인 두 강화제가 기지 내에 평행하게 분포한 복합재료 모델에 입자형태의 한 가지 강화제가 무작위하게 분포한 복합재료 모델을 수정 적용하였다. 본 연구에서 제안한 모델의 정확성과 타당성을 논의하기 위해, 산업체에서 널리 쓰이고 있는 폴리프로필렌을 기지로 하고, 탈크와 유리단섬유를 서로 다른 강화제로 한 복합재료를 제작하여 인장강도 및 탄성계수를 측정하였다. 인장강도 값을 예측하는 경우, 이전의 이론 모델이 실험 측정값과 7배 이상의 오차를 보이는 반면 본 연구의 모델은 비슷한 값을 예측하였다. 탄성계수의 경우에도 본 연구의 모델은 비교적 정확하게 실험 측정 값을 예측할 수 있었다.

탄소나노튜브 및 그래핀 나노플레이트 폴리프로필렌 복합재 필름 압출 및 물성 평가

김병주 ( Byeong Joo Kim ) , ( Biplab K Deka ) , 강구혁 ( Gu Hyuk Kang ) , 황상하 ( Sang Ha Hwang ) , 박영빈 ( Young Bin Park ) , 정인찬 ( In Chan Jeong ) , 최동혁 ( Dong Hyuk Choi ) , 손동일 ( Dong Il Son )
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본 연구에서는 폴리프로필렌과 다양한 탄소나노소재를 사용하여 제조한 복합재의 압출방향 및 권취속도에 따른 기계적 물성과 결정화도에 대한 연구를 수행하였다. 폴리프로필렌에 탄소나노소재를 균일하게 분산시키기 위해 미분쇄기에 폴리프로필렌 분말(<700 μm)과 탄소나노소재를 혼합한 후 나노복합재 필름 제조를 위해 압출기를 사용하였다. 나노복합재 필름의 결정화도를 분석하기 위해 differential scanning calorimetry를 이용하였다. 기계적 물성을 인장시험을 통해서 측정한 후 순수 폴리프로필렌 물성과 비교하였고, 압출 시 필름 권취속도에 대한 나노복합재 결정화도의 차이를 확인하였다. 탄소나노소재를 첨가함으로써 고분자 필름의 기계적 물성이 향상됨을 확인하였고, 그에 따른 결정화도 역시 증가하는 것을 확인하였다. 반면, 권취속도가 증가 할수록 압출물의 냉각속도도 역시 증가함으로써 결정화도가 오히려 감소함을 확인하였다.

구조 실험 및 응력 해석을 통한 복사 소자의 안전성 평가

김진율 ( Jin Yul Kim ) , 김동섭 ( Dong Seob Kim ) , 박병락 ( Byung Rak Park ) , 김진성 ( Jin Sung Kim ) , 김민성 ( Min Sung Kim ) , 박찬익 ( Chan Yik Park ) , 황운봉 ( Woon Bong Hwang )
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본 연구에서는 기계적·전기적 기능을 모두 만족하는 다중대역 스킨구조물에서의 복사 소자를 2중 사출으로 제작하였다. 추후 외부 스킨 구조 변형에 따른 복사 소자의 안정성을 검증하기 위하여 충격 및 좌굴에 대한 시험과 축 하중과 전단 하중에 대한 강도 해석을 실시하였다. 그리고 다중 대역 안테나 스킨 구조의 복사 소자에 대한 실험적 방법과 해석적 방법을 통한 강도 분석 결과, 구조의 허용 하중을 예측하고 충격과 좌굴에 대한 안정성을 평가할 수 있었다.

적층복합재료구조물의 변형에 미치는 제작조건과 작동조건의 영향에 대한 실험적 고찰

팜탄눗 ( Pham Thanh Nhut ) , 염영진 ( Young Jin Yum )
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섬유강화플라스틱(Fiber-reinforced plastic, FRP)은 복합재료 보트를 만드는 데 주 구조물로 사용되고 그것들 대부분은 몰드에서 만들어진다. 이러한 제품들은 몰드에서 분리될 때나 높은 온도의 환경에서 변형이 생긴다. 그러므로 다양한 제작 및 작동 조건에서 적층복합재료 구조물의 변형에 대한 실험적 조사 및 평가는 필수적이다. 불포화 폴리에스테르수지와 유리섬유를 이용하여 L-shape과 Curve-shape 시편을 제작하였다. 경화제 비율과 제작온도, 네 가지 작동온도가 입력인자(독립변수)로 사용되었고 출력인자는 시편에서 측정되는 변형이다. 결과로부터 경화제 비율이 높을수록 또한 제작온도가 높을수록 변형이 작게 생김을 알 수 있었다. 작동온도가 상승할 때 초기 변형 값에 따라 큰 변화를 보였다. 또한 변형 값이나 입력인자들은 회귀 방정식으로부터 예측할 수 있었다.
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