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접착제로 접합된 복합재의 충격 파괴 연구
Reports NRF is supported by Research Projects( 접착제로 접합된 복합재의 충격 파괴 연구 | 2006 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 조재웅(공주대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
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  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number D00179
Year(selected) 2006 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2007년 03월 03일
Year type 결과보고
Year(final report) 2007년
Research Summary
  • Korean
  • 본 연구에서는 단일 방향으로 충격하중을 받는 에폭시 수지로 접착이 된 이중의 외팔보 복합재 시험편들에 대한 동적 해석을 수행하였다. 또한 힘, 블록의 변형과 크랙 에너지 해방율들을 컴퓨터로 수치 해석할 수 있었다. 그리고 그것들을 6.4 , 16.7 및 18.47 m/s의 충격 속도를 적용한 시뮬레이션 데이터와 상호 비교하였다. 본 논문에서 제시된 시험편의 수치 해석 데이터를 실험 데이터에 근접시키게 되는 검증을 함으로서 충격 실험에 대한 수치적 시뮬레이션을 하기에 타당함을 알 수 있었다. 크랙 에너지 해방율들은 크랙 전파에 기초를 두고 있으며 이 에너지는 크랙 선단에서의 힘과 변위들을 측정함으로서 계산된다.
  • English
  • In this study, a polymeric unidirectional carbon-fibre epoxy-resin composite is both experimentally and numerically investigated to study nonlinear material behavior of impacted DCB (Double Cantilever Beam) specimens. For the impact analysis, force, displacement of block, crack speed as well as crack energy release rate are measured and compared with the finite element analysis results. The crack energy release rate is a critical measure of crack propagation, which can be estimated by force and displacement at crack tip. As results, it is found that the energy release rate measured from impact test on the specimens was well predicted by the suggested finite element model in this study.
Research result report
  • Abstract
  • 충격 하중하에서 복합재료의 접착면(Substrates)내에 동적 균열이 전파할 때 접합면의 파괴 거동을 연구한다. 국제 규격(ISO 11343)의 사용 방법에 따라서 충격 파괴 실험을 하고 접착제의 파괴 에너지 Gc를 측정한다. 그리고 이 복합재로 된 시험편의 기하학적 형상과 동일한 모델의 유한 요소 해석을 함으로서 이 시험편의 충격 파괴 거동을 모델링하고 계산한다. 본인은 이 분야에서 세계적으로 탁월한 실적을 가진 Imperial College의 A. J. Kinloch 및 Kingston University의 Mechanical Engineering 학과의 H. Hadavinia 교수 연구실들의 연구에 참여하였고, 이 방법을 여러 가지의 접착제로 접합된 복합재료로 구성된 실구조물에 대하여 적용시켜 충격 하중과 그 재질의 기계적인 성질이 동적 균열선단에서의 파괴에너지에 미치는 영향들을 체계적으로 규명하고 정확한 파괴강도 해석과 안전설계 및 새로운 고급재료의 개발에 필요한 자료를 제공할 수 있는 기초적인 연구를 수행함이 본 연구의 목적이다.
  • Research result and Utilization method
  • 복합재에 대한 파괴역학의 해석은 유한요소법에 의하여 사용되어왔다. 접착된 연결부들의 인성은 충격 하중에 의하여 감소된다. 최신의 재료가 연성과 점소성 변형을 나타냄으로서 이들은 충격 속도와 온도에 의존하게 된다. 이러한 분야는 자동차 산업에 응용되어진다. 접착된 연결부들이 충격 하중을 받을 때 그 내구성의 감소를 계산하는 것이 필요하다. 복합재들 및 알루미늄 및 접착재와 같은 경량의 고성능 재료들의 사용은 자동차에서의 연료의 경제성 면에서 기여를 할 수 있다. 배출 가스를 적게 하고 안전하고 내구성 있는 자동차의 개발에도 한 몫을 할 수가 있다. 이중 외팔보 빔인 시험편은 복합재들, 폴리머들 그리고 접착재들의 파괴 인성치를 측정하기 위한 시험편의 형상으로 보통 많이 사용되는 것 중의 하나이다. 충격 속도들은 고속의 유압 장치에 의하여 에폭시로 된 접합된 재료에 사용되어진다. 파괴는 접착제로 접합된 연결부들을 따라 일어남으로서 크랙은 급성장한다. 접착된 파괴 에너지가 크랙 선단에서의 임계 크랙 에너지 해방율(G1c) 값을 넘게 되면 크랙은 전파된다. 본 연구에서는 접착된 연결부들에 대하여 여러 가지 충격 속도로서 실험을 하여 그 파괴 거동을 조사 연구하였다. 시뮬레이션 모델은 접착된 파괴 에너지의 실험 정보를 사용하였고 시뮬레이션 모델의 형상은 실험 모델의 형상과 같게 하였다. 이러한 파괴 거동은 3차원의 유한요소법으로서 해석되었다. 이 모델은 ABAQUS 6.5 패키지 프로그램에 의하여 수행되었다. 본 연구 결과를 이용하면 파괴에너지(G)를 이용하여 여러 가지의 접착제로 접합된 복합재로 된 구조물의 동적 파손 해석을 정확히 할 수 있는 기초가 마련될 것이다. 또한 그러한 재료가 충격 하중을 받는 경우, 그 접합면을 따라서 동적 균열선단이 전파 될 때, 그 파괴 거동 및 파괴에너지를 추출 및 예측할 수 있는 방안이 제시될 수 있다. 그리고 여러 가지의 다른 경계 조건들을 갖는 접착제로 접합된 복합재의 동적 균열문제를 규명함으로써 동적 균열이 전파하다가 정지할 수 있는 가의 여부, 또는 균열이 어느 방향으로 전파할 것인가의 균열의 전파방향을 예측할 수 있다. 또한 그러한 구조물의 파손형상을 비교적 쉽게 규명할 수 있고, 안전설계에 필요한 기초 자료가 제시될 것이므로 복합재로 된 구조물을 최적 설계할 수 있는 기본 자료가 될 것이라 사료된다. 따라서 이러한 사항을 체계적으로 연구하여 그 결과를 종합하여 놓으면 첨단 재료의 재질의 향상(자동차, 항공기, 제강업 등), 안전설계 내지 안전수명의 평가(건설업 내지 원자력 발전소 등)에 산업적으로 이용될 가치가 클 것으로 예상된다.
  • Index terms
  • 복합재의 충격에 의한 파단 실험, 접착제의 성능, 인장 시험기(tensile test machine (Instron model 1185)), 충격시험기(Instron VHS high rate servo-hydraulic machine) 및 고속 카메라(Phantom Ⅳ camera(Photosonics Inc.)), 열처리로, 화학약품표면처리로, dynamically loaded bonded specimens, double cantilever beam specimen, crack speed rate, crack propagation, crack energy release rate, von -Mises stress
  • List of digital content of this reports
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