열적, 기계적 피로응력이 교정용 브라켓의 결합강도에 미치는 영향

김정기,김상철 대한치과교정학회 2000 대한치과교정학회지 Vol.30 No.5

본 연구는 열적 및 기계적 피로응력이 교정용 브라켓의 전단결합강도, 인장결합강도, 전단-인장 복합 결합강도에 미치는 영향과 결합상태에 미치는 영향, 그리고 접착파절 양상을 비교하는데 목적이 있다. 이를 위하여 기저부 형태가 다른 5종의 금속 브라켓을 교정치료를 목적으로 발거한 상 · 하악 소구치에 부착하여, 계면에 200g의 전단-인장 복합 하중을 4주간 가한 기계적 피로시험과, 5,000회의 thermocycling을 시행한 열적 피로시험 후, 전단결합강도, 인장결합강도, 및 전단-인장 복합 결합강도를 측정하고, 파절양상을 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1.정적시험에서 얻은 브라켓 접착부의 결합강도는 Photoetched base가 가장 크고, Integral base가 가장 작았다(p〈0.05). 모든 종류의 브라켓에서 전단결합강도가 가장 컸으며, 전단-인장 복합 결합강도는 전단결합강도의 1/3 수준으로 가장 작았다. 2.4주간 200g의 전단-인장 복합 하중을 가한 후의 결합강도는 Photoetched base가 가장 크고, Integral base가 가장 작았으며(p〈0.05), 기계적 피로시험 후 Photoetched base와 Micro-Etched Foil Mesh base의 전단, 인장, 전단-인장 복합 결합강도가 감소하였고, Chessboard base의 전단결합강도가 감소하였다(p〈0.05). 3.5,000회의 thermocycling 후의 결합강도는 Photoetched base가 가장 컸고, Integral base가 가장 작았으며 (p〈0.05), 열적 피로시험 후 Photoetched base와 Chessboard base, Micro-Etched Foil Mesh base의 결합강도가 모두 감소하였다(p〈0.05). 4.정적시험의 결합강도 측정 후 접착파절은 브라켓/레진 계면에서 일어났으며, thermocycling 후에는 브라켓/레진 계면과, 법랑질/레진 계면, 레진내 파절이 혼합되어 나타나 ARI점수가 높아졌다. 기계적 피로시험 후에는 정적시험 때와 비슷한 ARI 점수를 보였다. 5.모든 브라켓에서 thermocycling 후 브라켓/레진 계면과 법랑질/레진 계면에서 미세 균열이 관찰되었다. The purpose of this study is to evaluate the effects of mechanical and thermal fatigue stress on the shear, tensile and shear-tensile combined bond strengths(SBS, TBS, CBS) in various orthodontic brackets bonded to human premolars with chemically cured adhesive(Ortho-one, Bisco, USA). Five types of commercially available metal brackets with various bracket base configurations of Photoetched base(Tomy, Japan), Non-Etched Foil Mesh base(Dentaunlm, Germany), Micro-Etched Foil Mesh base(Ortho Organizers, USA), Chessboard base(Daesung, Korea), and Integral base(3M United, USA) were used. Samples were divided into 3 groups, the first group was acted with shear-tensile combined loads(45˚) of 200g for 4 weeks(mechanical fatigue stress), the second group was subjected to the 5,000 thermocycles of 15 second dwell time each in 5℃ and 55℃ baths(thermal fatigue stress), and the third group was the control. Bond strengths were measured at the crosshead speed of 0.5mm/min. The cross-section of bracket base/adhesive interface and the fracture surface were examined with the stereoscope and the scanning electron microscope. The resin remnant on bracket base surface was assessed by ARI(Adhesive Remnant Index). The obtained results were summarized as follows ; 1.In static bond strength, Photoetched base bracket showed the maximum bond strength and Integral base bracket showed the minimum bond strength(p〈0.05). In all brackets, shear bond strength(SBS) was in the greatest value and shear-tensile combined strength(CBS) was in the least value(p〈0.05). 2.After mechanical fatigue test, Photoetched base bracket showed the maximum bond strength and Integral base bracket showed the minimum bond strength(p〈0.05). In Photoetched base bracket and Micro-Etched Foil Mesh base bracket, shear bond strength(SBS), tensile bond strength(TBS) and shear-tensile combined strength(CBS) were decreased after mechanical fatigue test(p〈0.05). 3.After thermocycling, Integral base bracket showed the minimum bond strength. The SBS, TBS and CBS of Photoetched base, Chessboard base, and Micro-Etched Foil Mesh base bracket were decreased after 5,000 cycled thermocycling(p〈0.05). 4.In static test, bond failure sites were mainly between bracket and adhesive. After thermocycling, ARI scores were greater than those in static test. 5.SEM micrographs of cross-section of bracket bonding site showed that many micro-cracks in bracket/resin interface and in enamel/resin interface were found in all brackets after thermocycling.

면내 거셋 용접연결부의 피로강도

배두병,Bae, Doobyong 한국강구조학회 2003 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.15 No.6

본 논문은 강교량에서 큰 응력범위가 발생하는 위치에 불가피하게 존재하는 가장 일반적인 피로 취약 상세인 면내 거셋 용접부에 대한 3단계에 걸친 피로 시험 결과를 분석 평가 하였다. 플랜지 및 부착물의 두께, 부착물의 길이와 적용강재를 변화시킨 총 57개의 피로 시험편이 제작되어 인장피로시험이 수행되었으며, 1단계 시험에서는 실물크기 및 시험체에 대한 피로 실험도 수행되었다. 실험 결과로부터 현 설계기준에 제시된 대상상세에 대한 피로강도 기준의 적정성을 평가하고, 플랜지와 용접 연결된 부착물의 두께, 길이 등의 기하학적 형상 및 적용강재의 강도가 피로강도에 미치는 영향과 균열의 발생 및 진전 거동 특성을 규명하였다. 외국의 피로실험 자료와 비교 분석한 결과 강재가 서로 달라도 유사한 피로강도를 갖는 것으로 나타났으며, 이는 강종 보다는 기하학적 형상 및 용접관련사항이 피로강도에 미치는 영향이 크다는 것을 나타내며, 형상에 따라 응력집중계수의 차이가 매우 커서 거셋 부착부의 변화부 반경, 길이 및 플랜지의 폭에 따라 상세분류를 좀더 세분화 할 필요가 있는 것으로 나타났다. This s paper presented the results of the three phases of fatigue tests to determine the fatigue strength of in-plane welded gusset joints, which are the most common details inevitably existing in the region of high stress range. A total of 57 fatigue specimens with varying thickness and strengths were made and tensile fatigue tests performed. One full-scale beam fatigue test was also performed. The validity of the fatigue strength of those details in the specification was confirmed, with the effects of thickness of flanges and welded attachments, length of attachments, and strength of applied steel examined. The characteristics of crack initiation and propagation were also observed. The test result was evaluated by comparing it with other test data and fatigue criteria of other countries. To determine the degree of stress concentration in the weld toe depending on geometric configuration such as attachment length and transition radius, analyses were performed. Compared to the present specification, analytical results indicate the need to revise and subdivide the detail categories.

SM520C-TMC 강재의 피로강도에 대한 두께효과

김경남,정인수,황낙연,정경섭,Kim, Kyoung Nam,Jung, In Su,Hwang, Nak Yeon,Jung, Kyoung Sup 한국강구조학회 2004 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.16 No.6

피로설계에 대한 기준, 시방서 또는 추천안 등은 일반적으로 두께 10~30mm의 강판으로 만든 실험체의 피로실험을 통해 얻은 피로강도곡선을 근거하고 있다. 그러나 강판의 두께가 증가함에 따라서 피로강도가 감소하게 될 가능성에 대해 관심을 갖게 되었고, 파괴역학적 방법에 의한 분석과 강재 용접에 따른 영향을 근거로 하여 강판의 두께에 따른 영향이 상당히 클 수도 있다고 지적되었다. 기존의 몇몇 피로실험 결과로부터 얻은 피로강도곡선으로부터 강판 두께에 대한 영향을 고려하여 피로강도를 수정하는 식이 제안되어왔다. 본 연구에서는, 두께 80mm까지의 국내생산 SM520C-TMC 강재에 대한 피로강도시험을 실시하고, 그 결과로부터 강재의 두께에 따른 영향을 평가하였다. 최종적으로, 강판 두께에 대한 영향을 고려하여 피로강도를 수정하는 제한적인 시편에 대한 수정식을 제공하고, 이를 기존의 연구결과와 비교 검토하였다. 결과로서, 두께에 따른 강도감소효과는 기존의 연구와 유사한 경향을 갖고 감소하나 그 정도는 적어지고 있는 결과를 얻을 수 있었다. The criterion or specification on fatigue design has been generally based on fatigue strength curve derived by tests on specimens with varying thickness (10-30mm). Making the plate thicker, however, also decreases fatigue strength. It has been noted from the test results and the results of the analysis by fracture mechanics that the effect of thickness cannot be bypassed. From the several fatigue strength curves of specimen tests, modification of fatigue strength on plate thickness has been proposed. In this study, fatigue tests on SM520C-TMC were carried out, and the effects of thickness were evaluated. Finally, in consideration of the thickness, the modification of fatigue strength was derived. Comparing the results of this paper with those of previous studies, an outline of the behavior obtained is similar to previous ones, but the rate of decrease is smaller.

섬유 방향에 따른 복합재 피로특성에 관한 연구

강태영 ( Tae-young Kang ),안효성 ( Hyo-seong An ),전흥재 ( Heoung-jae Chun ),박종찬 ( Jong-chan Park ) 한국복합재료학회 2021 Composites research Vol.34 No.2

복합재료의 높은 비강도와 비강성으로 인해 복합재료는 다양한 산업분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 탄소 섬유 강화 복합재는 많은 기계적인 구조물에 널리 사용된다. 또한 이방성 특성을 갖는 탄소 섬유 강화 복합재는 금속 재료와 달리 섬유 방향에 따라 피로 거동을 이해하는 것은 구조 설계에 있어서 매우 중요하다. 따라서 본 논문에서는 비낌 축(off-axis) 시편에 따라 복합재료의 피로 수명에 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 이를 위해 복합재료의 비낌 축 시편(0°, 10°, 30°, 45°, 60°, 90°)에 대해 인장 및 피로 시험을 수행하였다. 피로 시험 결과, 복합재의 피로 강도는 섬유 방향이 0도로부터 조금 벗어날수록 피로 강도가 크게 감소하였으며 많이 벗어날수록 적게 감소하였다. 이는 적층 각이 커질수록 섬유의 하중을 지지하는 역할이 감소했기 때문이다. 또한 복합재의 피로 선도에 비낌 축 각도를 평준화하는 피로 강도 비율을 도입하여 피로 수명의 경향을 분석하였다. 피로 강도 비율(Ψ)-피로 수명 선도를 이용하여 적층 각도와 관계없이 피로 수명을 단일선으로 표현하였다. 피로 강도 비율을 통해 평준화된 피로 선도를 이용하면 2개 이상의 비낌 축 각도를 가지는 복합재의 피로 선도만으로도 임의의 다른 비낌 축 각을 가진 동일한 복합재의 피로 수명 곡선의 도출이 가능하다. Due to the high specific strength and stiffness of the composite materials, the composite materials have been extensively used in various industries. In particular, carbon fiber reinforced composites are widely used in many mechanical structures. In addition, since carbon fiber reinforced composites have anisotropic properties, to understand the fatigue behavior of composites with different fiber orientation is very important for the efficient structural design. Therefore, in this paper, the effect fiber orientation on the fatigue life of composite materials was experimentally evaluated. For this purpose, tensile and fatigue tests were performed on the off-axis specimens (0°, 10°, 30°, 45°, 60°, 90°) of the composite materials. As a result of the fatigue tests, the fatigue strength of the composites decreased significantly as the fatigue strength slightly deviated from 0 degrees. On the other hand, the more deviated, the less decreased. This is because the role of supporting the load of fibers decreased as the stacking angle increased. In addition, the fatigue behavior was analyzed by introducing a fatigue strength ratio (Ψ) that eliminates the fiber orientation dependence of the off-axis fatigue behaviors on the unidirectional composites. The off-axis fatigue S-N lines can be reduced to a single line regardless of the fiber orientation by using the fatigue strength ratio (Ψ). Using the fatigue Ψ-N line, it is possible to extract back to any off-axis fatigue S-N lines of the composites with different fiber orientations.

이방향 휨응력상태의 콘크리트 강도 특성, 크기효과 및 피로거동에 관한 실험적 연구

지광습,김지환,Zi, Goangseup,Kim, Jihwan 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.3

본 논문에서는 이방향 응력상태에서의 콘크리트 강도 특성과 크기효과 그리고 피로거동에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 ASTM C 1550 시험법과 이방향 휨강도 시험(biaxial flexure test; BFT)을 적용하여 크기효과 및 피로시험을 실시하였으며, 단순보의 3등분점 하중에 의한 콘크리트 휨강도 시험(third-point bending test) 결과와 비교하였다. 실험 결과 3등분점 재하 휨강도 시험에 의한 일방향 응력상태의 강도보다는 ASTM C 1550 시험법과 이방향 휨강도 시험법에 의한 이방향 응력상태의 강도가 더 큰 것으로 측정되었다. 3등분점 재하 휨강도 시험, ASTM C 1550, 이방향 휨강도 시험법 모두 시편의 크기가 증가함에 따라 강도는 감소하는 것으로 관찰되었으며, 이방향 휨인장강도의 크기 효과가 일방향 휨인장강도의 크기효과보다 더 큰 것으로 확인되었다. S-N 곡선에 의한 일방향과 이방향 휨강도의 피로 수명은 유사한 것으로 분석되었다. In this study, flexural strength properties of concrete under biaxial stress state were experimentally investigated. Tests for size effect and fatigue behaviour of concrete under biaxial stress were carried out by the ASTM C 1550 and the biaxial flexure test(BFT). The results given by the biaxial tests were compared to those by the third-point bending test. Test results showed that biaxial flexural strengths obtained from the ASTM C 1550 and the biaxial flexure test are greater than the strength by the third-point bending test. As the size increases, the uniaxial and biaxial flexural strength decreases. However, the slope of the size effect of the biaxial strength was greater than that of the uniaxial strength. Finally, the fatigue response of concrete under the biaxial stress state was similar with that for uniaxial stress state.

용접구조용 고강도강재의 피로균열성장특성에 관한 실험적 연구

홍성욱,경갑수,남왕현,정영화,Hong, Sung Wook,Kyung, Kab Soo,Nam, Wang Hyun,Jung, Young Hwa 한국강구조학회 2002 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.14 No.6

In this study, a series of fatigue tests are performed in order to estimate quantitatively the characteristics of fatigue crack growth rate according to the base metal, heat affected zone(HAZ) and weld metal, and the welding method and grade of strength of object steels, and the influence on fatigue crack growth rate according to the direction of welded line for high strength steels of SM570, POSTEN60, and POSTEN80 steels. From the fatigue test results, the retardations of fatigue crack growth rate are remarkable in case that the direction of notch is parallel to welded line than in case that the direction of notch is perpendicular to welded line because of compresive residual stress in weld metal & HAZ. And the characteristics of fatigue crack growth rate according to welding method are that the dispersion of fatigue crack growth rate in case of FCAW method is smaller than that of SAW method. Also, it knows that the fatigue crack growth rate converges in high stress intensity factor range. Meanwhile, fatigue safety is guaranteed sufficiently in the object steels because the fatigue crack growth rate in the range of fatigue crack propagation has a similar tendency to the test results & existing results. 본 연구에서는 향후 사용빈도가 증가할 것으로 예상되는 SM570, POSTEN60 및 POSTEN80 강재를 대상으로 용접선 방향이 피로균열성장속도에 미치는 영향, 용접방법 및 강도등급에 따른 피로균열성장특성, 그리고 각 재질별(모재부, 열영향부, 용접금속부) 피로균열 성장특성을 정량적으로 평가하기 위해서 CT시험편을 제작해서 일련의 피로시험을 실시하였다. 피로시험결과 노치가 용접선과 평행한 시험체의 경우 노치선단에 존재하는 압축잔류응력의 영향으로 노치가 용접선과 직각인 시험체의 경우보다 피로균열성장속도의 지연현상이 현저해지는 것을 알 수 있었다. 그리고 용접 방법에 따른 피로균열성장특성은 강재의 강도등급에 관계없이 FCAW가 SAW에 비해서 피로균열성장속도의 분산이 적게 나타나고 있으며, 또한 높은 응력확대계수범위 영역에서 피로균열성장속도의 수렴현상이 나타나는 것을 알 수 있었다. 한편 본 피로시험결과와 기존의 연구결과를 비교하면 피로균열성장영역에서의 피로균열성장속도는 유사한 경향을 나타내고 있으므로 본 연구에서 대상으로 한 강재는 피로안전성을 충분히 확보하고 있음을 알 수 있었다.

환경하중을 고려한 공항콘크리트포장설계를 위한 피로모형 선정

정진훈,Tonn, Sereyvattana,안기홍,이제일,백승범 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

기존의 공항콘크리트 포장설계 방법은 현장 실험을 바탕으로 한 경험적 설계 방법에서, 교통하중 및 환경하중을 고려하여 포장의 잔존 수명까지 예측하는 역학적-경험적 설계 방법으로 변화하고 있다. 미국 FAA의 AC 150/5320-6D(FFA, 1995)에서는 노모그래프를 기반으로 슬래브의 두께를 결정하였으나, 최근에는 3D 유한요소해석을 통해 산출된 응력으로 슬래브 두께를 결정하는 AC 150/5320-6E(FAA, 2009)를 적용하고 있다. 하지만 이 설계방법은 환경하중을 고려하지 않는 단점을 가지고 있다. <br> 박주영 외(2013)는 국내 지역의 기후 특성을 고려하여 국내의 지역별 환경하중을 정량화하는 선행연구를 수행하였다. 또한, 김연태(2013)는 정량화된 환경하중에 교통하중을 적용시켜, 교통하중과 환경하중이 동시에 고려된 공항콘크리트포장의 최대인장응력회귀식을 개발하였다. 김연태(2013)의 선행연구를 통해 개발된 최대인장응력회귀식으로 산출된 최대인장응력은 환경하중이 고려되므로 기존의 설계프로그램(FAAFIELD)의 결과와 상당한 차이를 나타낸다. 공항콘크리트포장의 피로모형이 갖는 변수로는 응력강도비와 허용반복회수가 있으며, 응력강도비의 변화에 따라 그 피로수명의 결과가 매우 상이하므로, 개발된 최대인장응력회귀식과 기존에 사용해온 피로모형으로는 합리적인 콘크리트포장의 피로수명을 얻을 수 없다.본 논문에서는 환경하중과 교통하중이 고려된 합리적인 공항콘크리트포장 피로모형을 선정하였다. 우선 국·내외에서 개발된 공항콘크리트설계 피로모형에는 미공병단, 미국 연방항공청, PCA, NCHRP 등이 있으나, 각각의 피로모형은 파괴 기준, 응력계산방법 등에 따라 서로 다른 결과를 나타낸다. 각 피로모형의 이론 및 배경, 기존 피로모형과의 비교, 민감도 분석 등을 통해 합리적인 피로모형 몇 가지를 우선적으로 선정하였다. 이를 위해, 선행연구에서 개발된 최대인장응력회귀식을 사용하여 환경하중과 교통하중을 고려한 최대인장응력을 산출하였으며, 산출된 최대인장응력을 앞서 선정된 피로모형에 대입한 뒤 허용반복회수를 산출하였다. 최종적으로 각 공항의 설계교통량을 반영하여 포장의 피로수명을 예측하였으며, 예측된 피로수명과 국내의 PCI자료를 통해 측정된 공항콘크리트포장의 수명과 비교·검토하여 가장 합리적인 피로모형을 선정하였다.

경량 복합재 대차프레임의 피로수명 및 강도 평가

전광우(Kwang Woo Jeon),신광복(Kwang Bok Shin),김정석(Jung Seok Kim) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.8

본 논문은 4-매 주자직 유리섬유/에폭시 적층 복합재가 적용된 철도차량 경량 대차프레임의 피로 수명 및 강도 평가에 대해 기술한다. 대차프레임 경량화 재질로 적용된 유리섬유/에폭시 4-매 주자직 적층 복합재료의 피로특성 평가를 위하여 경사, 위사 그리고 0°/90° 방향으로 적층된 시험편에 대하여 인장-압축 피로시험을 수행하였다. 유리섬유/에폭시 4-매 주자직 적층 복합재료의 피로시험은 5Hz의 주파수, -1의 응력비(R), 107의 피로수명을 갖도록 하였다. 또한, JIS E 4207의 하중조건에 따른 대차프레임의 피로강도 평가를 Goodman 선도를 통하여 수행하였다. 유리섬유/에폭시 적층 복합재 경량 대차프레임의 피로수명 및 강도 평가기준을 만족하였으며, 무게를 고려할 경우 기존 대차프레임 재질인 SM490A 금속재에 비하여 우수한 피로특성을 갖는다. We describe the evaluation of the fatigue life and strength of a lightweight railway bogie frame made of glass fiber/epoxy 4-harness satin-woven composites. To obtain the S-N curve for the evaluation of the fatigue characteristics of the composite bogie frame, we performed a tension-compression fatigue test for composite specimens with different stacking sequences of the warp direction, fill direction, and 0°/90° direction. We used a stress ratio (R) of -1, a frequency of 5 Hz, and an endurance limit of 107. The fatigue strength of the composite bogie frame was evaluated by a Goodman diagram according to JIS E 4207. The results show that the fatigue life and strength of the lightweight composite bogie satisfy the requirements of JIS E 4207. Given its weight, its performance was better than that of a conventional metal bogie frame based on an SM490A steel material.

직장 남성의 건강기능식품 섭취 실태와 피로도와의 관련성

이성곤,이성민,공은희,최종순 대한가정의학회 2011 Korean Journal of Family Medicine Vol.32 No.2

Background: Fatigue is a common problem in male workers as they have responsibilities in both role in home and in work place. The use of functional food has been one of the popular choices for fatigue recovery. This study was conducted to investigate the prevalence of functional food usage and its relationship with fatigue in male workers. Methods: The study subjects were male workers seen for health check up at a university hospital in Busan from May to July 2009. They completed a questionnaire including social factor, occupational factor, life style, functional food usage and disease status. The subjects were divided into groups according to fatigue severity. Results: Among 770 subjects, 267 (34.7%) consumed functional food daily. Most of them used functional food to recover fatigue as a supplement nutrition by their wife's or surrounding person's recommendation. There were significant difference between fatigue and non-fatigue group in age, occupation satisfaction, alcohol drinking, and insomnia. The prevalence of fatigue was 37.8%. The functional food usage significantly increased with fatigue severity scale (P < 0.001). Conclusion: Fatigue is common problem in male workers. The functional food usage is relation with fatigue severity. 연구배경: 직장 남성은 직장 및 가정에서의 역할과 책임으로인해 흔하게 피로를 호소하고 있으며 건강기능식품 섭취가피로 회복을 위한 대안으로 떠오르고 있으나 관련 연구가 부족한 실정이다. 이에 본 연구는 일개 직장 남성을 대상으로 건강기능식품의 섭취실태와 피로도와의 관련성을 알아보고자했다. 방법: 본 연구는 2009년 5월부터 7월까지 본원에서 건강검진을 받은 부산지역 일개 직장 남성을 대상으로 설문을 이용해실시했다. 설문은 인구사회학적 특성, 직업 관련, 건강습관 관련, 건강기능식품 섭취 실태 및 질병 관련 항목으로 구성하였다. 연구대상자는 피로도에 따라 피로군과 비피로군으로 구분하였다. 결과: 연구대상자는 770명으로 34.7%가 건강기능식품을 섭취하고 있었으며 대부분 아내 또는 주변사람들의 권유에 의해 피로 회복 또는 영양소 보충을 위해 사용하는 것으로 나타났다. 피로군과 비피로군 간에 연령, 업무 만족 여부, 음주여부, 불면증, 운동 여부에서 의미 있는 차이를 보였으며 피로 유병률은 37.8%였다. 피로 강도가 높을수록(P<0.001) 건강기능식품 섭취에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 결론: 많은 직장 남성이 피로를 호소하고 있으며 건강기능식품 섭취는 피로 강도와 관련이 있다.

피로하중에 의한 홀 노치 탄소섬유강화 복합재의 잔류강도변화 평가

김상영(Sang Young Kim),강민성(Min Sung Kang),구재민(Jae Mean Koo),석창성(Chang Sung Seok) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.10

탄소섬유강화 복합재료는 높은 비강도, 비강성, 설계유연성 및 우수한 화학적 특성 등으로 인하여 여러분야에서 각광받고 있는 구조재료이다. 대부분의 CFRP 복합재료 제품들은 여러 부품들을 주로 볼트, 핀 등의 기계적인 방법으로 조립하여 제작된다. 볼트나 핀에 의해 발생하는 hole 은 구조물 내에서 노치로 작용하여 부품의 강도저하의 원인으로 작용한다. 본 논문에서는 피로하중에 의한 CFRP 복합재료 홀 노치재의 잔류강도를 실험적으로 평가하였다. 이를 위하여, 시편에 일정 반복 수만큼 피로하중을 부여하였으며, 이후 파괴시험을 통하여 홀 노치재의 잔류강도를 측정하였다. 그 결과, 피로하중으로 인해 하중방향의 균열이 발생하는 것을 확인하였으며 이 균열이 홀의 노치효과를 감소시켜 잔류강도를 증가시키는 것으로 생각되었다. 시편의 잔류강도는 일정 수준까지 증가하다가 감소하는 것으로 평가되었으며, 이를 Reifsneider 등의 평활재 잔류강도 저하모델과 Yip 등의 홀 노치재 응력재분포 함수를 이용하여, 피로하중 하의 홀 노치재 잔류강도 변화를 수식으로 나타내었다. CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) has received considerable attention in various fields as a structural material, because of its high specific strength, high specific stiffness, excellent design flexibility, favorable chemical properties, etc. Most products consisting of several parts are generally assembled by mechanical joining methods (using rivets, bolts, pins, etc.). Holes must be drilled in the parts to be joined, and the strength of the components subjected to static and fatigue loads caused by stress concentration must be decreased. In this study, we experimentally evaluated the variation in the residual strength of a holenotched CFRP plate subjected to fatigue load. We repeatedly subjected the hole-notched specimen to fatigue load for a certain number of cycles, and then we investigated the residual strength of the hole-notched specimen by performing the fracture test. From the results of the test, we can observe the initiation of a directional crack caused by the applied fatigue load. Further, we observed that the residual strength increases with a decrease in the notch effect due to this crack. It was evaluated that the residual strength increases to a certain level and subsequently decreases. This variation in the residual strength was represented by a simple equation by using a model of the decrease in residual strength for plain plate, which was developed by Reifsnider and a stress redistribution model for hole-notched plate, which was developed by Yip.