비상체의 충돌에 의한 고인성 섬유보강 시멘트복합체의 파괴특성

남정수,김규용,김홍섭,김정현,한상휴 한국구조물진단유지관리공학회 2015 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.19 No.4

The aim of this study is to evaluate the fracture characteristics of ductile fiber reinforced cement based composites with 1.5 volume ratio of polyvinyl alcohol and steel fiber by high velocity impact of steel projectile. We used gunpowder impact facility to evaluate the fracture characteristics of ductile fiber reinforced cement based composites by collision of steel projectile, and the impact velocity was from about 150 to 1,000m/s. The results of evaluation on the fracture characteristics of ductile fiber reinforced cement based composites were penetration grade, which is the kinetic energy more than three times of no-fiber reinforced specimen (Plain). In addition, ductile fiber reinforced cement based composites did not occurred critical damage other than the debris. In the case of mass loss, Plain specimen was proportional to kinetic energy of steel projectile, while ductile fiber reinforced cement based composites was not significantly affected by kinetic energy of steel projectile. In particular, this tendency had a close relationship with the fracture characteristics of back side of specimens, and the scabbing inhibiting efficiency of PVA specimen was higher than S specimen. In the results of verifying relationship between front and back side calculated by local damage, scabbing occurred at the region close to the back side in the ductile fiber reinforced cement based composites unlike Plain specimen. Thus, in this study, we examined principal fracture behaviors of ductile fiber reinforced cement based composites under collision of steel projectile, and verified that impact resistance performance was improved as compared to Plain specimen. 본 연구는 폴리비닐 알코올 섬유 및 강섬유를 체적비율로 1.5% 혼입한 고인성 섬유보강 시멘트복합체에 대한 비상체의 고속충돌시험을실시하고, 충돌조건에 따른 파괴특성을 실험적으로 검토하는 것을 목적으로 하였다. 비상체의 충돌에 의한 고인성 섬유보강 시멘트복합체의 파괴특성을 평가하기 위하여 화약압력식 충격시험장치를 활용하였으며, 충돌속도의 범위는 약 150 ~ 1,000m/s로 설정하였다. 파괴특성에 대한 평가결과, 고인성 섬유보강 시멘트복합체는 섬유를 혼입하지 않은 Plain시험체의 약 3배 이상의 비상체 운동에너지가 작용하는 범위에서도 표면관입의 파괴등급으로 평가되었으며, 시험체가 파단되지 않는 내충격성능이 확인 되었다. 또한, 충돌시험 전후에 대한 시험체의 질량감소율의 경우, Plain시험체는 비상체의 운동에너지의 증가율과 비례적인 관계를 보였지만, 고인성 섬유보강 시멘트복합체는 비상체의 운동에너지의 영향을 크게 받지 않는 것으로 나타났다. 특히, 이와 같은 경향은 시험체 배면의 파괴특성과 밀접한 관계를 가지며, S시험체에 비해 PVA시험체의 배면박리 억제효율이 큰 것으로 평가되었다. 한편, 국부손상에 대한 표면관입깊이 및 배면박리깊이의 관계를 검토한 결과, 고인성 섬유보강 시멘트복합체는 Plain과 달리 시험체 단면의 중앙선을 기준으로 배면에 가까운 영역에서 배면박리가 발생하는것을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 비상체의 충돌에 대한 고인성 섬유보강 시멘트복합체의 주요 파괴거동이 검토되었으며, Plain과 비교하여 내충격성능의 향상을 명확히 확인하였다.

비상체의 충돌에 의한 고인성 섬유보강 시멘트복합체의 파괴특성

남정수,김규용,김홍섭,김정현,한상휴 한국구조물진단유지관리공학회 2015 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.19 No.4

본 연구는 폴리비닐 알코올 섬유 및 강섬유를 체적비율로 1.5% 혼입한 고인성 섬유보강 시멘트복합체에 대한 비상체의 고속충돌시험을 실시하고, 충돌조건에 따른 파괴특성을 실험적으로 검토하는 것을 목적으로 하였다. 비상체의 충돌에 의한 고인성 섬유보강 시멘트복합체의 파괴특성을 평가하기 위하여 화약압력식 충격시험장치를 활용하였으며, 충돌속도의 범위는 약 150 ~ 1,000m/s로 설정하였다. 파괴특성에 대한 평가결과, 고인성 섬유보강 시멘트복합체는 섬유를 혼입하지 않은 Plain시험체의 약 3배 이상의 비상체 운동에너지가 작용하는 범위에서도 표면관입의 파괴등급으로 평가되었으며, 시험체가 파단되지 않는 내충격성능이 확인 되었다. 또한, 충돌시험 전후에 대한 시험체의 질량감소율의 경우, Plain시험체는 비상체의 운동에너지의 증가율과 비례적인 관계를 보였지만, 고인성 섬유보강 시멘트복합체는 비상체의 운동에너지의 영향을 크게 받지 않는 것으로 나타났다. 특히, 이와 같은 경향은 시험체 배면의 파괴특성과 밀접한 관계를 가지며, S시험체에 비해 PVA시험체의 배면박리 억제효율이 큰 것으로 평가되었다. 한편, 국부손상에 대한 표면관입깊이 및 배면박리깊이의 관계를 검토한 결과, 고인성 섬유보강 시멘트복합체는 Plain과 달리 시험체 단면의 중앙선을 기준으로 배면에 가까운 영역에서 배면박리가 발생하는 것을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 비상체의 충돌에 대한 고인성 섬유보강 시멘트복합체의 주요 파괴거동이 검토되었으며, Plain과 비교하여 내충격성능의 향상을 명확히 확인하였다. The aim of this study is to evaluate the fracture characteristics of ductile fiber reinforced cement based composites with 1.5 volume ratio of polyvinyl alcohol and steel fiber by high velocity impact of steel projectile. We used gunpowder impact facility to evaluate the fracture characteristics of ductile fiber reinforced cement based composites by collision of steel projectile, and the impact velocity was from about 150 to 1,000m/s. The results of evaluation on the fracture characteristics of ductile fiber reinforced cement based composites were penetration grade, which is the kinetic energy more than three times of no-fiber reinforced specimen (Plain). In addition, ductile fiber reinforced cement based composites did not occurred critical damage other than the debris. In the case of mass loss, Plain specimen was proportional to kinetic energy of steel projectile, while ductile fiber reinforced cement based composites was not significantly affected by kinetic energy of steel projectile. In particular, this tendency had a close relationship with the fracture characteristics of back side of specimens, and the scabbing inhibiting efficiency of PVA specimen was higher than S specimen. In the results of verifying relationship between front and back side calculated by local damage, scabbing occurred at the region close to the back side in the ductile fiber reinforced cement based composites unlike Plain specimen. Thus, in this study, we examined principal fracture behaviors of ductile fiber reinforced cement based composites under collision of steel projectile, and verified that impact resistance performance was improved as compared to Plain specimen.

고속 비상체의 충돌을 받은 섬유보강 모르타르의 내충격 성능 평가

김규용,남정수,미야우치 히로유키,Kim, Gyu-Yong,Nam, Jeong-Soo,Miyauchi, Hiroyuki 대한건축학회 2011 대한건축학회논문집 Vol.27 No.9

Recently, the damaged building and loss of life have been increasing by man-made disasters. In this study, the impact resistance performance of fiber reinforced concrete against high-velocity projectile was evaluated by using high pressure gas apparatus and AUTODYN. Plain mortar specimen was penetrated by steel projectile at 350 m/s and was fractured heavily at the backside. On the other hand, the PVA, PE and STF specimens reinforced with fiber have higher impact resistance than plain mortar, and were analyzed by Hughes equation. Finally, the impact resistance of specimens was calculated from viewpoint of fracture mode by AUTODYN and it was concluded that fiber reinforced concrete improve the impact resistance performance.

고속 비상체의 충돌을 받은 섬유보강 모르타르의 내충격 성능 평가

김규용(Kim Gyu-Yong),남정수(Nam Jeong-Soo),미야우치 히로유키(Miyauchi Hiroyuki) 대한건축학회 2011 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.27 No.9

Recently, the damaged building and loss of life have been increasing by man-made disasters. In this study, the impact resistance performance of fiber reinforced concrete against high-velocity projectile was evaluated by using high pressure gas apparatus and AUTODYN. Plain mortar specimen was penetrated by steel projectile at 350 m/s and was fractured heavily at the backside. On the other hand, the PVA, PE and STF specimens reinforced with fiber have higher impact resistance than plain mortar, and were analyzed by Hughes equation. Finally, the impact resistance of specimens was calculated from viewpoint of fracture mode by AUTODYN and it was concluded that fiber reinforced concrete improve the impact resistance performance.

고속비상체 충돌 및 접촉폭발에 의한 섬유보강 콘크리트의 내충격 성능 평가

남정수(Jeong-Soo Nam),김홍섭(Hong-Seop Kim),이인철(In-Cheol Lee),미야우치 히로유키(Hiroyuki Miyauchi),김규용(Gyu-Yong Kim) 한국콘크리트학회 2013 콘크리트학회논문집 Vol.25 No.1

아라미드섬유의 표면개질에 의한 시멘트 복합재료의 강도특성 및 내충격성능의 향상효과

남정수,유재철,김규용,김홍섭,전중규 한국구조물진단유지관리공학회 2015 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.19 No.1

The purpose of this study is to evaluate the effect of improvement on the impact resistance and strength properties of cementcomposites by surface modification of aramid fiber. For aramid fiber reinforced cement composites, therefore, dispersion capabilityand the bonding efficiency between the fibers and the cement composite material need to be improved. It is possible by modifyingsurface properties to hydrophobic, it is considered that oiling agent ratio of 1.2 % and improvement of performance is in need tobe investigated. In this study, short aramid fibers were mixed by different fiber length and oiling agent ratio. And improvementof strength properties and impact resistance performance of hybrid cement composites were evaluated under the influence of steelfiber. As a result, strength properties of aramid fiber reinforced cement composites are different by mixing ratio of fiber, oilingagent ratio and length of fiber. In case of cement composites which have same volume fraction and fiber length, tensile strengthand flexural strength were improved with increase of the emulsions throughput of the fiber surface. The results of evaluation onthe static strength properties had effects on impact resistance performance by high-velocity impact. And it was observed that thescabbing of rear was suppressed with increase of the oiling agent ratio 본 연구의 목적은 아라미드섬유의 표면개질에 의한 시멘트 복합재료의 강도특성 및 내충격성능의 향상효과를 평가하는 것이다. 단섬유형태의 아라미드섬유를 섬유길이와 섬유의 표면유제처리율을 달리하여 시멘트 복합재료에 혼입하였다. 아라미드섬유보강 시멘트 복합재료의 강도특성은 섬유의 혼입율, 섬유의 표면유제처리율, 섬유의 길이에 따라 다르게 나타났으며, 특히, 동일한 섬유혼입율 및 섬유길이에 대한 인장강도 및 휨강도는 섬유의 표면유제처리율을 증가시킨 시험체가 향상되는 경향을 확인하였다. 이러한 정적 강도특성 결과는 고속비상체의 충돌에 의한 내충격성능에도 영향을 미쳤으며, 아라미드섬유의 표면유제처리율이 증가함에 따라 배면박리가 억제되는 것을 알 수있었다. 하지만, 아라미드섬유를 섬유보강 시멘트 복합재료용 보강재로 활용하기 위해서는 섬유와 시멘트 복합재료간의 분산능력 및 부착효율을 향상시켜야 할 것으로 판단된다. 이는 아라미드섬유의 표면특성을 소수성으로 개질하는 것에 의해 가능할 것으로 사료되며, 1.2 % 이상의 표면유제처리율 및 성능개선에 대해서는 추가적인 검토가 필요할 것으로 판단된다. 또한, 아라미드섬유와 후크형 강섬유를 하이브리드 한 시험체의 경우, 강도특성 및 내충격성능의 향상효과는 강섬유의 기여도가 높은 것으로 나타났다.

비상체의 충격을 받은 시험체의 강도 및 두께에 따른 에너지 소산특성에 대한 실험적 연구

이예찬(Lee, Yae-Chan),김규용(Kim, Gyu Yong),사수이(Sasui, Sasui),편수정(Pyeon, Su jeong),유하민(Eu, Ha Min),남정수(Nam, Jeong Soo) 대한건축학회 2022 대한건축학회 학술발표대회 논문집 Vol.42 No.1

소형 비상체의 충돌에 의한 콘크리트의 국부파괴에 미치는 섬유 종류의 영향

김홍섭(Kim, Hong-Seop),김규용(Kim, Gyu-Yong),윤민호(Yoon, Min-Ho),김정현(Kim, Jung-Hyun),한상휴(Han, Sang-Hyu),유재철(Yoo, Jae-Chul) 대한건축학회 2014 대한건축학회 학술발표대회 논문집 Vol.34 No.2

구형 비상체에 의한 충격하중을 받는 강섬유보강 콘크리트 패널의 손상특성

장석준(Seok-Joon Jang),손석권(Seok-Kwon Son),김용환(Yong-Hwan Kim),김규용(Gyu-Yong Kim),윤현도(Hyun-Do Yun) 한국콘크리트학회 2015 콘크리트학회논문집 Vol.27 No.4

Steel단섬유보강 시멘트복합체의 내충격성능

남정수 ( Nam Jeong-soo ),김홍섭 ( Kim Hong-seop ),최경철 ( Choe Gyeong-cheol ),이상규 ( Lee Sang-kyu ),손민재 ( Son Min-jae ),김규용 ( Kim Gyu-yong ) 한국건축시공학회 2017 한국건축시공학회 학술발표대회 논문집 Vol.17 No.1

The aim of this study is to investigate the impact resistant performance of steel short fiber-reinforced cement based composites (SFRCCs) containing 1.0, 1.5, 2.0 and 3.0% volume fraction of steel short fibers subjected to high velocity impact of steel projectile (the diameter of 19.05mm and the mass of 28.13g). The gunpowder impact facility was used for impact tests, and the impact velocity was from about 350 to 700m/s. The specimens were damaged in various failure modes, which are penetration, scabbing, and perforation. Comparing with Plain specimen, SFRCCs have superior capacity on the scabbing limit, and slightly bulged in the back side under the impact velocity of 700m/s. In addition, the impact resistant performance of SFRCCs improved with increase of steel short fiber volume ratio. The fibers play an important role in controlling the local damage of SFRCCs.