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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 : 31권 5호 (2018)

섬유금속적층판의 모드 I 접합 거동 예측을 위한 Levenberg-Marquardt 기법 기반의 역해석 기법에 관한 수치적 연구

박으뜸 ( Eu-tteum Park ) , 이영헌 ( Youngheon Lee ) , 김정 ( Jeong Kim ) , 강범수 ( Beom-soo Kang ) , 송우진 ( Woojin Song )
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섬유금속적층판은 금속과 섬유 강화 복합소재를 함께 적층한 하이브리드 재료 중 하나다. 섬유금속적층판은 계면의 접착층이 파괴되는 층간분리 현상이 발생할 수 있기 때문에 계면의 접착층에 대한 한계응력과 에너지 해방률을 실험적으로 도출해야만 한다. 하지만, 온도에 따른 에너지 해방률을 실험적으로 도출하는 과정에서 측정 장비의 사용 온도에 대한 제약을 받는다. 따라서, 본 연구에서는 Levenberg-Marquardt 기법을 기반한 역해석기법을 사용하여 접착층에 대한 모드 I 한계응력과 에너지 해방률에 대한 예측 가능성을 확인하는 것이 목표다. 먼저, 한계응력은 접착층의 인장강도와 같다고 가정하였으며, 에너지 해방률은 DCB 시험(double cantilever beamtest)을 수행하여 정의하였다. 또한, 유한요소법 기반 모델을 적용하여 한계응력과 에너지 해방률을 수치해석적으로 예측할 수 있는 지 확인하였다. 그 후, Levenberg-Marquardt 기법을 유한요소법 기반 모델에 적용하여 모드 I 한계응력과 에너지 해방률을 수치해석적으로 예측하였다. 아울러, 본 연구에서 사용한 역해석 기법의 수렴성을 확보하기 위하여 두 가지 경우의 초기 매개변수에 대한 역해석을 추가적으로 수행하였다. 결과적으로, 본 연구에서 사용한 역해석 기법은 모드 I 한계응력과 에너지 해방률을 효과적으로 예측할 수 있음을 보였다.

기지재의 가교밀도에 따른 유리섬유 복합재료의 염수노화 후 계면 및 기계적 물성

신평수 ( Pyeong-su Shin ) , 김종현 ( Jong-hyun Kim ) , 백영민 ( Yeong-min Baek ) , 박하승 ( Ha-seung Park ) , 권동준 ( Dong-jun Kwon ) , 박종만 ( Joung-man Park )
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복합재료 기지재의 화학적 조성을 다르게 했을 때 염수처리 후 복합재료의 상태 및 물성을 파악하였다. 기지재는 2가지 종류의 에폭시 기지재와 3가지 종류의 경화제(아민계, 산 무수물계, 그리고 아마이드계) 이용하여 기지재의 유연성을 조절하였다. 각 복합재료에 염수 가속화 실험을 위해 염화나트륨 6 wt% 조건에 60℃ 가하여 0, 15, 30일 처리하였다. 처리 후에 복합재료의 단면적을 관찰하였고, 기계 및 계면 평가를 실시하였다. 아민계를 이용한 복합재료의 가교밀도, 기계 및 계면 물성이 가장 좋은데 반해, 수분흡수율은 가장 작은 것을 확인하였다. 이는 물분자가 유리섬유와 다른 가교밀도의 에폭시 기지재간의 계면으로 침투가 어렵기 때문이다. 이는 복합재료가 염수에 잘 견딜 수 있는 요인으로 작용할 수 있다.

3D 프린터용 복합재료 연구 동향

오은영 ( Eunyoung Oh ) , 이진우 ( Jinwoo Lee ) , 서종환 ( Jonghwan Suhr )
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3D 프린팅 기술의 활용은 복잡한 형상의 제품을 보다 손쉽게 생산 가능하게 하며, 시간적·경제적 이점을 제공함으로써 기존 제조업의 형태를 변화시킬 차세대 핵심 제조 기술로 부상하고 있다. 그러나 순수 고분자 소재출력물의 기계적/전기적 특성 및 기능은 해당 기술의 확산에 있어 한계점으로 작용하였고, 이것은 고성능 고분자 복합재료 개발에 대한 수요로 이어졌다. 이에 본 논문에서는 고성능 3D 프린팅용 고분자 복합재료 개발의 최신연구 동향을 소개하고, 응용 분야와 가능성 및 향후 연구방향에 대해 논하고자 한다.

Mechanical and Hygroscopic Behaviour of Teak Wood Sawdust Filled Recycled Polypropylene Composites

( Anil Kumar Yadav ) , ( Rajeev Srivastava )
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In this paper, mechanical and hygroscopic properties of teak sawdust and recycled polypropylene (RPP) composites are evaluated and compared with virgin polypropylene (VPP) matrix based composites. Verities of composites are prepared by variation in the plastic types, wood plastic ratio and the addition of coupling agent in the formulations. Mixing of wood sawdust and polypropylene is done by a twin screw extruder, and then sheets of wood plastic composites (WPCs) are produced by using the compression molding method. The results show that recycled matrix composites exhibit better tensile, flexural strength with low impact strength than virgin matrix based composites. Recycled composites show low water absorption and thickness of swelling than virgin matrix based composites. The results confirm that wood content in the polymer matrix affects the performance of composites while presence maleated polypropylene (MAPP) improves the properties of the composites significantly. Developed RPP matrix composites are as useful as VPP matrix composites and have the potential to replace the wood and plastics products without any adverse effect of the plastics on the environment.

Bio waste 소재로부터의 마이크로 필러 추출

남기법 ( Gibeop Nam ) , 송정일 ( Jung-il Song )
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본 연구에서는 친환경적이고 공급이 안정적인 소재를 찾기 위하여, Bio waste인 쌀겨와 조개 껍질에서 활용하여 마이크로 사이즈의 미세 입자를 추출하고, 추출한 입자의 크기와 형상을 분석한 후 CFRP에 첨가하여 물성의 변화를 관찰하였다. 쌀겨와 탄화 쌀겨의 주요구성성분은 탄소, 산소, 규소로 이루어졌으며 탄화과정을 거치면서 탄소와 규소의 비율이 증가함을 확인하였고, 조개 껍질 분말에서는 탄소 산소와 칼슘이 검출되었으며 이는 조개 껍질의 주요구성물질인 탄산칼슘의 영향으로 보인다. 쌀겨 분말의 면적평균은 6.19 μm 체적평균은 14.77 μm으로 FE-SEM을 통하여 막대형상의 입자가 관찰되며 이는 쌀겨가 가지고 있던 껍질부분의 주름이나 표면의 털이 남아있는 형상으로 보인다. 탄화쌀겨의 분말은 면적평균은 1.55 μm 체적평균은 8.20 μm 조개 껍질 분말은 면적평균은 2.53 μm 체적평균은 5.79 μm로 분석되었으며 쌀겨분말의 경우 막대(Rod)형상의 입자들이 관찰되었고, 조개껍질 분말의 경우 판상(Plate)의 형상을 가지는 것으로 관찰되었다. CFRP에 첨가하였을 경우 첨가량에 비례하여 물성의 하락이 관찰되었는데 그 폭이 쌀겨분말의 경우가 가장 컸으며, 조개 껍질 분말의 경우 물성하락을 거의 유발하지 않음을 확인하였다.

유한요소해석을 통한 탄소섬유-연강 적층판의 저속 충격 해석 모델 개발

박병진 ( Byung-jin Park ) , 이동우 ( Dong-woo Lee ) , 송정일 ( Jung-il Song )
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본 연구에서는 적층 패턴이 다른 5가지 섬유금속적층판(Fiber Metal Laminates, FMLs)에 대한 유한요소해석을 수행하여 선행 연구로 수행한 낙추충격시험과의 유사성을 검증하였고, 효과적인 저속 충격 해석 모델을 개발하였다. 또한 동일한 두께를 가지는 연강(mild steel)과 에너지흡수율을 비교하여 Carbon-Steel 섬유금속적층판의 내충격성을 확인하였다. Carbon-Steel 섬유금속적층판은 동일한 두께를 가지는 연강에 비하여 우수한 충격흡수율을 보였으며, 모든 적층 패턴에서 96% 이상의 높은 에너지흡수율 갖는 것을 확인하였다. 본 연구에서 제시한 저속 충격 해석 모델은 복합형상 및 자동차 구조체 연구에 효과적으로 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

폴리프로필렌 자기 보강 복합재의 동적 물성 구축을 위한 Split Hopkinson Pressure Bar의 설계 및 제작

강소영 ( So-young Kang ) , 김도형 ( Do-hyoung Kim ) , 김동현 ( Dong-hyun Kim ) , 김학성 ( Hak-sung Kim )
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변형률 속도 100 s-1~10000 s-1 범위에서 사용되는 홉킨스바(SHPB)는 재료의 동석 거동 특성을 확인하기 위해 가장 널리 사용되는 장치이다. SHPB 시험은 입력봉 및 전달봉에서 측정된 변형률을 사용하여 시험편의 응력, 변형률 및 변형률 속도를 얻을 수 있는 응력파 전달 이론을 기반으로 한다. 본 연구에서는 고 변형률 속도에서 폴리프로필렌 자기보강 복합재료(SRPP)의 동적 특성을 얻기 위해 직접 SHPB를 설계 및 제작하였다. 또한 본 연구를 통해 제작된 SHPB에서 얻은 변형률 데이터의 신뢰성 확보를 위하여 Digital Image Correlation (DIC)를 통해 얻은 변형률 데이터와의 비교를 진행하였다. 이는 SRPP 시편의 고속 압축 시험을 통해 이루어 졌으며 SHPB를 통하여 얻은 데이터와 DIC를 통해 얻은 변형률 데이터의 유사함을 확인하였고 이를 통하여 장비의 신뢰성을 검증하였다.

밀폐 공간에서 용접작업을 위한 단열 복합재 프레임의 설계 적용 연구

이재열 ( Jae-youl Lee ) , 전광우 ( Kwang-woo Jeong ) , 홍성호 ( Sung-ho Hong ) , 신광복 ( Kwang-bok Shin )
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본 논문에서는 밀폐/협소의 공간에 적용을 위한 이동형 용접 로봇의 매니퓰레이터의 경량화 및 단열 성능 확보를 위한 설계 적용 연구 내용을 나타내었다. 선박 및 해양플랜트와 같이 구조가 복합하고 협소한 공간에 대한 용접 작업을 위하여 용접사를 작업 대상물 외부에서 용접로봇을 이용한 용접작업을 위하여 다양한 로봇 플랫폼이 개발되고 있다. 일반적인 로봇의 개발 과정은 적용 환경과 요구조건을 고려하여 기계 개발, 전자 장치 개발, 제어 알고리즘 개발 및 통합 검증으로 이루어 진다. 용접로봇의 완성도 높은 개발을 위하여 로봇 플랫폼의 기본 설계에서 환경 조건을 고려한 로봇 매니퓰레이터의 경량 설계를 수행하였다. 또한, 단열성능 및 냉각 성능 확보를 위한 소재 선정과 검증, 해석 및 시험의 과정을 거처 개발된 로봇과 연구 결과를 나타내었다.

PVDF 센서를 이용한 수압램 하중을 받는 복합재 T-Joint의 동적 변형률 측정

고은수 ( Eun-su Go ) , 김동건 ( Dong-geon Kim ) , 김인걸 ( In-gul Kim ) , 우경식 ( Kyeongsik Woo ) , 김종헌 ( Jong-heon Kim )
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수압램 현상은 전투용 항공기의 주요 전투 손상 중 하나이며, 항공기 기체 생존성 평가에 중요한 영향을 미친다. 수압램 효과는 유체-구조물간의 상호관계를 통하여 나타나며, 구조물의 동적 변형률을 측정하여 파손 거동 및 파손 여부를 확인할 수 있다. 본 논문에서는 수압램 현상을 모사할 수 있는 수압램 시험 장치를 이용하여 수압램에 의한 복합재 T-Joint의 파손 시험을 수행하였다. 또한 계측기기의 입력 정전용량과 시간 상수 확인을 위해 PVDF 센서 보정 시험을 수행하였다. 복합재 T-Joint에 스트레인 게이지와 전하증폭기를 사용하지 않은 PVDF 센서를 부착하여 수압램 현상에 의한 복합재 T-Joint의 동적 변형률을 측정하였다. PVDF 센서와 스트레인 게이지의 동적 변형률을 이용하여 복합재 T-Joint의 파손 거동 및 파손 여부를 확인하였다.

레이저 초음파 기반 반사식 회전 검사 기법을 이용한 오토클레이브 가공 L 형 복합재 구조물의 모서리 검사

이영준 ( Young-jun Lee ) , 이정률 ( Jung-ryul Lee ) , 홍성진 ( Sung-jin Hong )
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본 연구에서는 곡면 복합재 구조물의 모서리에 위치한 결함을 검사하고 가시화하기 위해 제안된 레이저 초음파 기반 회전식 검사 기법을 소개한다. 모서리 부위에 결함이 위치한 L 형 복합재 구조물을 레이저 초음파 기반 회전식 검사 기법을 이용하여 검사하였다. L 형 시편은 층간분리 손상을 모사하기 위해 각기 다른 세 가지 깊이에 위치한 인공 결함을 포함하고 있다. 모든 인공 결함이 각각의 위치한 깊이에 따라 다른 시간대에 선명하게 탐지되었다. 검사결과는 제안된 방법이 어떠한 특별한 도구 없이도 곡면 복합재 구조물의 모서리 부위의 검사에 적합하다는 것을 보여준다.
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