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풍력 블레이드를 위한 CNT 코팅 유리섬유의 적용성에 대한 비교 연구
장홍규 ( Hong-kyu Jang ),김영철 ( Young-chul Kim ) 한국복합재료학회 2016 Composites research Vol.29 No.6
본 논문에서는 복합재 풍력 블레이드를 위한 CNT 코팅 유리섬유의 전자기적/기계적 적용성에 대한 연구를 수행하였다. MW급 이상의 대형 복합재 블레이드는 민수용/군수용 레이더와의 신호간섭 문제로 인한 발전단지 위치선정 제약과 무게 증가에 따른 발전효율 저해, 구조적 건전성 부족에 따른 수리비용 증가의 당면과제를 안고 있다. 이에 본 연구에서는 이러한 문제를 극복하기 위한 방안으로 CNT 코팅 유리섬유를 제안하였다. 먼저 제안된 CNT 코팅 공정을 통해 유리섬유 표면에 CNT를 강력히 코팅하고, Va-RTM을 통해 CNT 코팅/유리섬유 에폭시 복합재를 제작하여 전자기적/기계적 물성을 평가하였다. 또한 전자파 흡수체 설계/제작 및 시험/평가를 통해 X-band의 8.3~12.1 GHZ에서 90% 이상 전자파 흡수성능을 가짐을 검증하였다. 이와 더불어 기계적 물성 시험/평가를 통해서 인장, 압축, 면내전단 강도/강성의 모든 기계적 물성이 향상됨을 확인하였다. This paper conducted the study on the electromagnetic and mechanical applicability of CNT-coated glass fiber for wind blades. Large-size wind blade has the serious pending problems to meet the target, such as interfering radar signals, increasing weights, and increasing repair costs. In this paper, we are suggesting the CNT-coated glass fiber in order to overcome these problems. First, the CNTs were strongly coated on the surfaces of glass fiber by suggested coating process, and the CNT-coated glass fiber/epoxy composites were fabricated by Va-RTM process. We designed and fabricated a radar absorbing structure using the CNT-coated glass fiber, which showed over 90% radar absorbing performance between 8.3 and 12.1 GHz frequency. In addition, we confirmed the improvement of mechanical properties on the strength and modulus of tensile, compressive, and in-plane shear.
복합재 튜브를 이용한 고속 열차의 에너지 흡수장치에 대한 실험 및 수치해석 연구
장홍규 ( Hong Kyu Jang ),신재환 ( Jae Hwan Shin ),손유나 ( Yu Na Shin ),김천곤 ( Chun Gon Kim ),( Cao Son Nguyen ) 한국복합재료학회 2011 Composites research Vol.24 No.1
본 논문에서는 복합재료 튜브를 이용한 고속 열차의 에너지 흡수장치에 대한 실험 및 수치 해석에 관한 연구를 수행하였다. 논문의 목적은 에너지 흡수장치에 대한 최적의 적층(lay-up) 형태를 알아내는 것으로, quasi static method를 이용한 네 가지 적층 형태에 대한 실험을 수행 하였다: [0/45/90/-45]4, [0]16, [0/90]8, [0/30/-30]5. 실험을 위해 초기 파괴 시작점을 생성하고, 일정 방향으로 진행되는 파괴를 만들기 위해 베벨 엣지(bevel edge)와 노치 엣지(notch edge)의 두 가지 트리거링 방법을 이용하였다. 저속 충돌실험 결과 [0/45/90/-45]4의 적층 형태가 다른 방법과 비교해서 가장 좋은 에너지 흡수 결과를 보여주었다. 수치해석을 위해 LS-DYNA 프로그램의 변수 분석(parametric analysis)을 통해 가장 적합한 복합재료의 quasi static 실험 시뮬레이션 방법 연구를 수행하였다. 움직이는 벽이 복합재 튜브에 저속 충돌하는 모델을 가정하여 해석을 수행하였으며, 실험값과 수치해석 결과의 비교를 통해 비슷한 경향을 보임을 확인 하였다. 특히 TFAIL과 mass scaling factor를 조절하며 수행하는 변수 분석은 LS-DYNA에서 복합재 튜브의 quasi static 실험을 시뮬레이션 하는 능력과 한계를 보여준다. This paper presents an experimental and numerical study on composite tubes for the energy absorber of the high-speed train. The purpose of the experimental study is to find out which lay-up is the best lay-up for the energy absorber. Four lay-ups were tested using quasi static method: [0/45/90/-45]4, [0]16, [0/90]8, [0/30/-30]5. Two triggering methods were used to create initial damage and guarantee the progressive collapse mode: bevel edge and notch edge. As a result, [0/45/90/-45]4 lay-up was find out the best lay-up among the laminates being tested. In the numerical study, a parametric analysis was done to find out the most proper way to simulate the quasi static test of a composite tube using LS-DYNA program. A single composite tube was modeled to be crashed by a moving wall. Comparison between simulation and experiment was done. Reasonable agreement between experiment and analysis was obtained. Dealing with parameter TFAIL and the mass scaling factor, this parametric study shows the ability and the limitation of LS-DYNA in modeling the quasi static test for the composite tube.
장홍규(Hong-Kyu Jang),김지훈(Jihoon Kim),주근수(Geunsu Joo),김경덕(Kyoung-Deok Kim) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
강화된 연비 및 배기가스 규제에 대응하기 위한 차체 경량화의 가장 현실적인 방안은 경량 소재를 활용한 다종 소재 경량 차체 기술로 판단된다. 특히 친환경 전기 자동차 시장에서 중요한 경쟁력 중 하나가 1회 충전 시 주행가능 거리이다. 이를 위해 해외 선진 OEM에서는 기존 스틸 부품을 알루미늄, 탄소 복합재의 경량소재를 활용한 부품으로 대체 개발하여 양산 모델에 적용하고 있다. 경량소재를 적용한 새로운 부품을 개발할 경우 기존 스틸 부품과의 설계/해석-시험/평가를 통한 구조 성능검증 단계가 필수적이며, 실차 레벨의 시험이 아닌 단위 부품 레벨의 정적/충돌 구조성능 시험기술이 필요하다. 이에 본 논문에서는 대체 개발된 경량 차체부품에 대한 정적/충돌 구조실험 방법을 연구하고 AL-CFRP Hybrid B-Pillar 부품에 대한 성능평가를 수행하였다.
유한요소해석을 이용한 압축 하중을 받는 오픈 홀 복합재 시편의 점진적 손상 및 파손 분석
김영철,주근수,장홍규,김진봉,강민규,이우경,김지훈,Young Cheol Kim,Geunsu Joo,Hong-Kyu Jang,Jinbong Kim,Min-Gyu Kang,Woo-Kyoung Lee,Ji Hoon Kim 한국복합재료학회 2023 Composites research Vol.36 No.5
In this paper, a Progressive Damage and Failure Analysis (PDFA) modeling method was developed using ABAQUS/EXPLICIT to predict in-plane damage and delamination for Open-Hole Compression (OHC) testing. The proposed PDFA model was constructed based on Hashin criteria and cohesive behavior. The strength and stiffness of OHC specimens with three types of stacking sequences [(45/-45/0<sub>2</sub>)<sub>3</sub>]<sub>s</sub> , [(45/0/-45/90)<sub>3</sub>]<sub>s</sub> and [45/-45/0/45/-45/90/(45/-45)<sub>2</sub>]<sub>s</sub> were compared to comprehensively evaluate the validity of the Finite Element(FE) model of PDFA. The strength and stiffness of the OHC specimens were predicted relatively well, with less than a percentage error 10.0 %. For the numerical simulation case for each layup, the damage initiation/evolution of OHC specimens were evaluated for delamination and tension/compression matrix damage before and after failure.