유리탄소섬유 하이브리드 복합재의 절삭 조건에 따른 가공 결함 비교

백종현(Jong-Hyun Baek),김수진(Su-Jin Kim) 한국기계가공학회 2022 한국기계가공학회지 Vol.21 No.9

공기결합 초음파탐상에 의한 CFRP 복합재의 흡습 특성 평가

이주민(Joo-Min Lee),이주성(Joo-Sung Lee),김용권(Yong-Kwon Kim),박익근(Ik-Keun Park) 한국비파괴검사학회 2014 한국비파괴검사학회지 Vol.34 No.2

탄소섬유강화 복합재료(carbon fiber reinforced plastics; 이하 CFRP)는 금속재료에 비해 중량이 가벼우면서도 비강도와 비강성이 높은 재료로 항공기, 자동차, 선박 등의 다양한 분야에서 적용이 증가하고 있다. CFRP는 정적부하에 대해서는 우수한 역학적 특성을 가진 반면에 고온·다습한 환경에서는 우수한 역학적 특성을 기대할 수 없고, 복합재료의 유용한 기계적 성질이 장시간 주위 환경에 놓여 있어도 충분히 유지되어야 하지만 온도, 습도 등과 같은 환경적 요인으로 수분이 복합재료 내로 침투하여 기지의 분자 배열 및 화학적 성질을 변화시키고 복합재료의 계면 특성 및 구성 재질의 기계적 성질을 저하시킨다. 항공기의 경우 운항 시에 CFRP가 고온 다습한 환경조건에 장시간 노출되게 되면 CFRP 내부로 수분이 흡수되게 되는데 CFRP 내부에 흡수된 수분은 체적팽창을 야기시키고 내부 응력상태를 변화시킬 뿐만 아니라 섬유와 기지의 화학적 결합을 분리시킴으로써 접합강도를 급격히 저하시키게 된다. 따라서 CFRP를 사용하는 항공기의 구조 건전성확보를 위하여 실제 환경에서의 특성 변화를 연구할 필요가 있다. 본 연구에서는 공기결합 초음파탐상검사(air coupled ultrasonic testing; 이하 ACUT) 시스템을 이용하여 흡습된 CFRP의 비파괴적 특성을 평가하고자 하였다. CFRP 시험편을 직접 제작한 후 고온다습한 환경을 설정하기 위해 항온수조를 이용하여 75℃의 증류수에 30일, 60일, 120일간 침지하였고, ACUT를 이용하여 흡습에 의한 CFRP 시험편의 특성 변화를 초음파C-scan 이미지와 흡습 전과 후의 신호의 전파시간 변화를 통해 초음파 신호 특성 변화를 고찰하였다. 또한 전단강도 평가를 통해 흡습에 의한 기계적 특성 변화를 실험적으로 검증하였다. Carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) composites are increasingly being used in a variety of industry applications, such as aircraft, automobiles, and ships because of their high specific stiffness and high specific strength. Aircraft are exposed to high temperatures and high humidity for a long duration during flights. CFRP materials of the aircraft can absorb water, which could decrease the adhesion strength of these materials and cause their volumes to change with variation in internal stress. Therefore, it is necessary to estimate the characteristics of CFRP composites under actual conditions from the viewpoint of aircraft safety. In this study air-coupled ultrasonic testing (ACUT) was applied to the evaluation of water absorption properties of CFRP composites. CFRP specimens were fabricated and immersed in distilled water at 75℃ for 30, 60, and 120 days, after which their ultrasonic images were obtained by ACUT. The water absorption properties were determined by quantitatively analyzing the changes in ultrasonic signals. Further, shear strength was applied to the specimens to verify the changes in their mechanical properties for water absorption.

일방향 탄소섬유강화 플라스틱 복합재 적층구조의 충격 후 압축강도 시험 및 유한요소해석

하재석 ( Jae-seok Ha ) 한국복합재료학회 2016 Composites research Vol.29 No.6

본 연구에서는 구조재로 널리 사용되는 일방향 탄소섬유강화 플라스틱 복합재 적층구조의 충격 후 압축강도에 대한 시험 및 유한요소해석을 수행하였다. 연구에서 사용된 복합재 적층판은 적층방법에 따라 2종류로 구분되며, 각 적층판에는 4가지의 충격에너지를 적용하였다. 충격 및 압축강도 시험은 미국재료시험협회 규격을 준수하여 수행하였으며 비파괴검사 방법인 C-Scan을 통해 충격손상을 분석하고 압축시험을 통해 충격 후 압축강도를 산출하였다. 충격 및 압축강도 해석은 복합재 섬유/기지/단층/적층판 수준의 손상과 파손을 점진적으로 예측할 수 있는 점진적 파손해석을 사용하였다. 접촉하중, 처짐, 충격손상, 압축강도 등에 대한 시험 및 해석결과의 비교로부터 해석결과의 타당성을 확인하였다. In this study, tests and finite element analyses were performed regarding compression after impact strength for laminated composite structures of unidirectional carbon fiber reinforced plastic widely used in structural materials. Two lay-up sequences of composite laminates were selected as test specimens and four impact energy conditions were applied respectively. Impact and compressive strength tests were conducted in accordance with ASTM standards. Impact damages in test specimens were analyzed by using non-destructive inspection method of C-Scan, and compression after impact strengths were calculated with compressive test results. Progressive failure analysis method that can progressively simulate damages and fractures of fiber/matrix/lamina/laminate level was used for impact and compressive strength analyses. All analysis results including contact force, deflection, impact damages, compressive strengths, etc. were compared to test results, and the validity of analysis method was verified.

해양레저 분야 복합소재 적용: 33피트급 아메리카스컵 훈련용 CFRP 세일링 요트 개발

서형석 ( Hyoung Seock Seo ),장호윤 ( Ho Yun Jang ),이인원 ( In Won Lee ),최흥섭 ( Heung Soap Choi ) 한국복합재료학회 2015 Composites research Vol.28 No.1

본 논문에서는 해양레저분야에서의 현재 복합재 적용 현황과 33피트급 아메리카스컵 훈련용 세일링 요트 개발에 대해 기술한다. 항공분야와 달리 해양레저 분야에서의 복합재료는 최근에서야 적용 및 사용이 되기 시작했다. 다양한 해양레저 구조물 중에서도 특히, 아메리카스컵 세일링 경주 요트는 빠른 속도를 내야 하기 때문에 경량화 및 높은 기계적 성능이 요구되고 이에 따라 경주용 요트를 건조함에 있어 탄소섬유의 사용은 필수적이다. 탄소섬유강화 플라스틱 경주용 요트 제작 과정을 정립하기 위해 탄소 돛대와 탄소 요트 선체에 대한 최적화 설계와 생산 공법에 대해 논의되었다. 최종적으로 이렇게 제작된 탄소섬유강화복합재 세일링 요트는 운항시험을 통해 경주용 요트로써의 높은 성능을 보여주었다. The purpose of this paper is to investigate the current trends of composite applications in the marine and leisure fields and to study the development of 33ft class America’s cup training CFRP sailing yacht. In the field of marine and leisure, composite materials have been just used to marine and leisure structures, recently. Especially, since the America’s cup of sailing yacht racing has required the light weight and high mechanical performance to make a high speed, CFRP have been recognized as the critical material to construct the racing yacht structures. To establish the process of CFRP racing yacht construction, the design optimizations and production methods of carbon mast and CFRP yacht hull were discussed in this paper. Finally, the constructed CFRP sailing yacht exhibited high performance as the racing yacht through the sailing test.

의사등방성 CFRP 적층판의 충격손상과 잔류강도에 미치는 고온환경의 영향

나승우,양인영 朝鮮大學校 機械技術硏究所 1998 機械技術硏究 Vol.1 No.1

본 연구에서는 고온하에서 의사등방성 CF/EPOXY 적층판이 이물충격손상을 받을때 충격에너지의 크기와 잔류굽힘강도와의 관계 및 충격에너지의 크기와 잔류강성계수와의 저하관계를 고찰하여 온도의 변화가 CFRP 적층재의 충격손상에 어떤 영향을 미치는가를 실험적 관계에서 고찰하였다. 상온에서는 충격손상에 의한 잔류강도 저하현상은 거의 없으나 시험편의 표면온도가 상승함에 따라 잔류강도는 저하하였다. 고온하에서 충격손상에 의한 굽힘강도 잔류계수 역시 충격면이 인장을 받은 경우가 충격면이 압축을 받는 경우 보다 작았으며, 굽힘강성 잔류계수는 온도변화 및 충격손상에는 상관없이 거의 일정하였다. This study deals with the effects of impact damages of CFRP laminates with respect to temperature changes through an observation of the interrelations between the impact energy vs. residual rigid modulus when the quasi-isotropic CFRP laminates are subjected to FOD (Foreign Object Damage) In the room temperature, the decreasing of the residual strength didn't generate by the impact damages. Also, with raising the specimen temperatures, the residual strength decreased for both the unimpacted specimen and the specimen subjected to impact damages. In the specimen of quasi-isotropic CF/FPOXY(〔0° 2/90°2/45° 2/-45°2〕sym), the decreasing for impact damage and the temperature change didn't occur in the case of the tension side of the impact surface than in compression side, In the case of impact surface under the tension, it was found that a buckling of local delamination was generated at the time the delamination section (F interfaces) was subjected to the compression. The CF/EPOXY specimen of quasi-isotropic laminates shows that the retention factors of bending strength is lower in the tension side of the impact surface than in the compression side. Bending stiffness retention factor remains almost constant irelevant to the temperature changes and the magnitude of impact damages.

탄소섬유 복합재의 Bi-modulus 특성을 반영한 풍력 터빈 블레이드 구조해석

주근수,문진범,김시현,강민규,김지훈 한국풍력에너지학회 2022 풍력에너지저널 Vol.13 No.3

This paper deals with the structural analysis of wind turbine blades considering the bi-modulus property of CFRP, known as a more economic and efficient material for very large blades. The bi-modulus property is an unique characteristic of CFRP that shows higher tensile modulus than compressive modulus. Due to this characteristic, it is needed to apply the bi-modulus property to the computational analysis of CFRP blades to achieve more accurate results. In this paper, a novel method is proposed to apply the bi-modulus property of CFRP in a numerical simulation. To demonstrate the bi-modulus effect in FE analysis, the actual bi-modulus of CFRP was measured and applied to the structural analysis of a wind turbine blade. Moreover, the effects of the proposed method were evaluated by comparing the analysis results with actual full-scale blade static test results. As a result, it was verified that the proposed method could appropriately simulate the bi-modulus during FE analysis. Moreover, the accuracy of blade structural analysis was improved in accordance with the application of the bi-modulus property.

압전 재료를 이용한 탄소섬유 강화 복합재의 수동 진동 감쇠

정재민(J.M. Jung),이다솜(D.S. Lee),이미현(Meixian Lee),박성호(S.H. Park),문성남(S.N. Moon),이우일(W.I. Lee) 대한기계학회 2014 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2014 No.11

멀티스케일 해석을 통한 탄소섬유강화 직조 복합재의 응력-변형률 선도의 예측

김규원(Gyu-Won Kim),김덕중(Dug-Joong Kim),김학성(Hak-Sung Kim) 대한기계학회 2023 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2023 No.11

음향방출법에 의한 탄소섬유강화 플라스틱의 파괴 특성에 관한 연구 (1)

윤종희,박성완,이장규,우창기 한국공작기계학회 2003 한국공작기계학회 추계학술대회논문집 Vol.2003 No.-

The object of this study is to investigate a fracture characteristics of static tensile test as a function of acoustic emission according to the fiber orientation θ=0?in carbon/epoxy composites, CFRP. On tensile loading, it was recognized that the fracture characteristics of CFRP in a unidirectional composites. Using the results of the AE analysis(a=2㎜), it was found that the amplitude distributions of AE signals corresponding the matrix cracking, fiber debonding or delamination, and fiber breaking are 55~70㏈(<200sec), 100㏈(200~600sec), and 80㏈(>600sec).

항공기 복합재 구조물 전용 토크 치구 개발에 관한 연구

김형래(Hyoung-Rae Kim) 산업기술교육훈련학회 2017 산업기술연구논문지 (JITR) Vol.22 No.3

In this paper, we performed the design of safety torque tool for high torque value required on the composite material structure. We surveyed the characteristic of composite materials and application case in aerospace industries. Also, we reviewed the assembly sequence of the composite skin assembly for tool design. The safety torque tool is designed in accordance with the drawing & process specification requirement of the Boeing company. The torque tools are designed by solid modelling of CATIA. As a result, the safety torque tools are composed base plate assembly, strap clamp assembly and handle assembly. Engineering requirement and tools designed for the hi-torque application process are introduced in this paper.