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DIC를 이용한 입자 강화 복합재료의 기계적 특성 평가
김상덕(Sang Deok Kim),윤동현(Dong Hyun Yoon),전현규(Hyun Kyu Jeon),김재훈(Jae Hoon Kim),김인걸(In Gul Kim),정기연(Ki Yeon Jeong),이선영(Sun Young Lee),양희성(Hee Seong Yang) 대한기계학회 2020 大韓機械學會論文集A Vol.44 No.2
입자 강화 복합재료는 고체 추진 로켓의 연료로 사용되며, 이 복합재료는 제조 및 운송, 경화반응 중의 열응력 및 점화 시 급격한 내부 압력 상승으로 인해 그레인의 표면 또는 내부에 손상이 발생할 수 있다. 따라서 입자 강화 복합재료의 구조적 안정성을 위해 기계적 특성은 광범위한 온도 범위에서 우수해야 한다. 본 연구에서는 입자 강화 복합재료의 기계적 특성을 상온, 고온 및 저온 환경에서 굽힘과 충격시험을 수행함으로써 평가하였다. 입자 강화 복합재료의 굽힘 및 충격 거동은 상온과 비교하여 고온에서는 낮은 물성을 보였으며, 상대적으로 저온에서는 높은 물성을 보였다. 또한, 디지털 이미지 상관법을 이용하여 파손이 일어나는 과정을 변형률장의 획득과 함께 확인하였다. A particulate reinforced composite is used as a fuel for solid propulsion rockets. Damage may occur on or inside the surface of the hardened composite grain due to manufacturing and transportation, thermal stress during hardening reactions, and the rapid combustion pressure at ignition. Thus, to ensure the structural stability of the particulate reinforced composite, excellent mechanical properties are required within a wide temperature range. Therefore, in this study, the mechanical properties of a particulate reinforced composite are evaluated by conducting bending and impact tests at room temperature, high temperature, and low temperature. The bending and impact behavior of the particulate reinforced composite at various temperatures reveal low strength and stiffness at high temperatures compared to room temperature, and relatively high strength and stiffness at low temperatures. In addition, digital image correlation (DIC) shows the process of fracturing a specimen with the acquisition of strain field.
디지털 화상관련법 및 균열선단열림각도를 이용한 입자강화 복합재료의 균열저항거동
나성현(Seong Hyeon Na),이정원(Jeong Won Lee),김재훈(Jae Hoon Kim) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集A Vol.40 No.12
본 연구는 점탄성을 가진 HTPB 입자강화 복합재료의 균열저항에 대하여 쐐기분열시험 및 균열선 단열림각도를 이용하여 평가하였다. 일반적으로 균열진전 함수로서 균열선단열림각도는 파괴저항을 결정하기 위해 사용되며, 수치적으로 일정한 값을 가진다. 디지털 화상관련법은 임계 균열선단열림각도를 도출하기 위하여 균열선단열림변위 및 균열진전길이를 측정하기 위해 사용되었다. 본 연구의 시험 결과에서 입자강화 복합재료의 임계 균열선단열림각도는 균열초기 진전 후 일정한 값을 가진다. 임계 균열선단열림각도는 50℃에서 40℃로 온도의 감소에 따라 증가한다. 이러한 임계 균열선단열림각도는 입자강화 복합재료의 파괴역학 파라미터로 사용될 수 있다. In this study, crack resistance is evaluated by the crack tip opening angle (CTOA) using a wedge splitting test (WST) on a viscoelastic particulate reinforced composite based on an HTPB binder. Generally, CTOA, as a function of crack extension, is used in order to determinate fracture resistance and has a steady state relative angle. Digital image correlation (DIC) is used to measure the crack tip opening displacement (CTOD) and crack extension for the critical crack tip opening angle (CTOAc). In these results, the CTOAc value of a particulate reinforced composite tends to approach a constant angle after a small amount of crack extension. The CTOAc value increases with decreasing temperature, from 50℃ to –40℃. These CTOAc values may be used to measure fracture mechanics parameters for particulate reinforced composite.
김상덕(Sang Deok Kim),윤동현(Dong Hyun Yoon),김재훈(Jae Hoon Kim),김인걸(In Gul Kim),전현규(Hyun Kyu Jeon),정기연(Ki Yeon Jeong),이선영(Sun Young Lee),양희성(Hee Seong Yang) 대한기계학회 2019 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2019 No.5
Particulate reinforced composite is used as a fuel for solid propulsion rockets. Damage may occur on or inside the surface of the grain-hardened composite grain due to manufacturing and transportation, thermal stress during hardening reactions and the rapid combustion pressure at ignition. Thus, for structural stability of the particulate reinforced composite, the mechanical properties should be excellent within a wide range of temperature. So, in this study, the mechanical properties of particulate reinforced composite were evaluated by conducting bending and impact test at room temperature, high temperature and low temperature. The bending and impact behavior of particulate reinforced composite at various temperature showed low strength and stiffness at high temperature compared with room temperature, and relatively high strength and stiffness at low temperature. In addition, Digital image correlation (DIC) showed that the process of fracturing a specimen with the acquisition of strain field.
DIC법에 의한 입자강화 복합재료의 파괴에너지 및 변위장 특성
이정원(Jeongwon Lee),나성현(Seonghyeon Na),김재훈(Jaehoon Kim),이상연(Sangyoun Lee),박재범(Jaebeom Park),정규동(Gyoodong Jung) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12
본 연구에서는 입자강화 복합재료의 파괴에너지와 변위장 특성에 대하여 분석하였다. 쐐기쪼갬 시험을 재료가 노출될 수 있는 온도인 상온, -40℃와 –60℃에서 수행하여 각 온도에 따른 재료의 파괴에너지를 산출하였다. 변위장과 변형률장은 DIC법을 활용하여 가시화 하였다. 변위장은 DIC를 이용한 표시추적방법에 의해 측정하였다. 시험 결과, 온도가 낮아질수록 파괴에너지는 감소한다. 표면 변위장은 상온과 –40℃에서 유사하였고, -60℃에선 입자간화 복합재료의 취성거동으로 인하여 크게 감소하였다. 변형률장에선 온도가 내려갈수록 전체적인 변형율범위가 감소하는 것을 나타내었다. In this study, is evaluated the fracture energy and displacement fields properties of particulate reinforced composite. Wedge splitting test were performed at various temperatures. Fracture energy of material is calculated at room temperature, -40℃ and –60℃. Displace and strain fields of specimen surface visualize using digital image correlation. The surface displacement fields of specimens was analyzed by mark tracking method using digital image correlation. In these results, fracture energy is decreased as temperature decreased. The surface displacement fields are similar at room temperature to –40℃. The surface displacement fields at –60℃ is significantly reduced because of brittle behavior. The general strain fields of specimen surface decrease as temperature decreased form R.T. to –60℃.
DIC법에 의한 입자강화 복합재료의 파괴에너지 및 변위장 특성
이정원,나성현,이상연,박재범,정규동,김재훈 한국추진공학회 2017 한국추진공학회지 Vol.21 No.6
In this study, the fracture energy and displacement fields characteristics of particulate reinforced composite is evaluated. Wedge splitting test was performed at various temperatures. Fracture energy of material is calculated at room temperature, –40℃ and –60℃. Displacement and strain fields of specimen surface were visualized by using digital image correlation. The surface displacement fields of the specimens were analyzed by mark tracking method using digital image correlation. The results showed that, the fracture energy was decreased as temperature decreased. The surface displacement fields at room temperature were similar to there at –40℃. The surface displacement fields at –60℃ was significantly reduced because of the brittle behavior. The strain fields of the specimen surface decreased as temperature decreased form room temperature to –60℃. 본 연구에서는 입자강화 복합재료의 파괴에너지와 변위장 특성에 대하여 분석하였다. 재료가 노출될수 있는 온도인 상온, –40℃와 –60℃에서 쐐기쪼갬 시험을 수행하여 각 온도에 따른 재료의 파괴에너 지를 산출하였다. 변위장과 변형률장은 DIC법을 활용하여 가시화 하였으며, 변위장은 DIC를 이용한 표시추적방법에 의해 측정하였다. 시험 결과, 온도가 낮아질수록 파괴에너지는 감소하였다. 표면 변위장은 상온과 –40℃에서 유사하였고, –60℃에선 입자강화 복합재료의 취성거동으로 인하여 크게 감소하 였다. 변형률장에선 온도가 내려갈수록 전체적인 변형률범위가 감소하였다.