최근 산업이 다양하게 발전함에 따라 복합재료를 사용하여 구조물의 고강도화, 고경량화 되어가고 있다. 이러한 복합재료는 우주·항공 산업, 에너지 기반 산업, 방위 산업, 자동차 산업 등의 극한 환경에 다양하게 적용하기 위한 연구가 지속되고 있다. 특히, 섬유와 기지상의 계면 특성에 따라 구조물의 강도와 ...
최근 산업이 다양하게 발전함에 따라 복합재료를 사용하여 구조물의 고강도화, 고경량화 되어가고 있다. 이러한 복합재료는 우주·항공 산업, 에너지 기반 산업, 방위 산업, 자동차 산업 등의 극한 환경에 다양하게 적용하기 위한 연구가 지속되고 있다. 특히, 섬유와 기지상의 계면 특성에 따라 구조물의 강도와 파괴 인성을 향상시킬 수 있다. 따라서 섬유강화 세라믹으로 제조된 복합재료의 기계적 특성을 향상시키기 위한 적절한 설계가 요구되고 있다. 본 연구에서는 압입접촉하중과 굽힘 하중이 작용하는 질화붕소(Boron Nitride : BN) 또는 열분해 탄소(Pyro carbon : PyC)로 코팅된 탄화규소(SiC) 섬유를 기지상(SiC)이 없는 경우와 포함하는 경우로 나누어 모델링과 FEM 해석을 수행하였다. 특히, SiC_(f)/SiC 복합재료의 강화재부분인 섬유에 코팅의 유무에 따른 기계적 거동을 모델링하였다. 섬유는 Tyranno S grade와 Tyranno LoxM grade를 사용하였으며 코팅층의 재료는 Boron Nitride와 Pyro carbon을 사용하였다. 코팅층이 없는 SiC 섬유, 한 가지의 코팅층(BN 또는 PyC)을 갖는 SiC 섬유, 그리고 두 가지의 코팅층(BN-PyC 또는 PyC-BN)을 갖는 SiC 섬유를 모델링하여, 섬유, 코팅층, 기지상의 종류 및 적층 방법, 부피 분율을 변화시켜 가며 해석을 수행하였다. 본 논문에서는 모델링과 해석기법을 통하여 SiC 섬유와 기지상 사이에 BN과 PyC 코팅 방법과 기지상과의 코팅층의 부피 분율의 최적화된 설계를 제시하였다. 실험적으로, SiC 섬유에 의하여 강화된 SiC 복합재료 시편을 제작하여 실행하였다. 이 때, 코팅층의 종류에 따라 시편을 제작하였고, 3점 굽힘 실험을 실행하였다. 그 결과, 2층상으로 코팅되었을 때 응력을 가장 크게 완화 시킨다는 것을 확인하였다.
최근 산업이 다양하게 발전함에 따라 복합재료를 사용하여 구조물의 고강도화, 고경량화 되어가고 있다. 이러한 복합재료는 우주·항공 산업, 에너지 기반 산업, 방위 산업, 자동차 산업 등의 극한 환경에 다양하게 적용하기 위한 연구가 지속되고 있다. 특히, 섬유와 기지상의 계면 특성에 따라 구조물의 강도와 파괴 인성을 향상시킬 수 있다. 따라서 섬유강화 세라믹으로 제조된 복합재료의 기계적 특성을 향상시키기 위한 적절한 설계가 요구되고 있다. 본 연구에서는 압입접촉하중과 굽힘 하중이 작용하는 질화붕소(Boron Nitride : BN) 또는 열분해 탄소(Pyro carbon : PyC)로 코팅된 탄화규소(SiC) 섬유를 기지상(SiC)이 없는 경우와 포함하는 경우로 나누어 모델링과 FEM 해석을 수행하였다. 특히, SiC_(f)/SiC 복합재료의 강화재부분인 섬유에 코팅의 유무에 따른 기계적 거동을 모델링하였다. 섬유는 Tyranno S grade와 Tyranno LoxM grade를 사용하였으며 코팅층의 재료는 Boron Nitride와 Pyro carbon을 사용하였다. 코팅층이 없는 SiC 섬유, 한 가지의 코팅층(BN 또는 PyC)을 갖는 SiC 섬유, 그리고 두 가지의 코팅층(BN-PyC 또는 PyC-BN)을 갖는 SiC 섬유를 모델링하여, 섬유, 코팅층, 기지상의 종류 및 적층 방법, 부피 분율을 변화시켜 가며 해석을 수행하였다. 본 논문에서는 모델링과 해석기법을 통하여 SiC 섬유와 기지상 사이에 BN과 PyC 코팅 방법과 기지상과의 코팅층의 부피 분율의 최적화된 설계를 제시하였다. 실험적으로, SiC 섬유에 의하여 강화된 SiC 복합재료 시편을 제작하여 실행하였다. 이 때, 코팅층의 종류에 따라 시편을 제작하였고, 3점 굽힘 실험을 실행하였다. 그 결과, 2층상으로 코팅되었을 때 응력을 가장 크게 완화 시킨다는 것을 확인하였다.
The present research attempts to analyze and evaluate the mechanical behavior of SiC_(f) reinforced SiC_(f)/SiC composites with and without soft coatings. The effects of soft fiber coating in the alleviation of indentation or flexural stress in the layered structure are investigated. Boron nitride a...
The present research attempts to analyze and evaluate the mechanical behavior of SiC_(f) reinforced SiC_(f)/SiC composites with and without soft coatings. The effects of soft fiber coating in the alleviation of indentation or flexural stress in the layered structure are investigated. Boron nitride and/or pyro carbon as soft coating layer on SiC fiber are selected for the structure. Modeling is performed by changing the type of fiber, the type of soft layer, layered stacking sequence of the soft layer, and with/without SiC matrix. Finite element method (FEM) analyses are conducted to evaluate stress distributions under indentation or flexure loadings by displacement loading. Experimentally, the fiber coatings are conducted in the SiC fiber reinforced SiC composites. It was found that BN and/or pyro carbon coating on the fiber alleviate the stress under the contact or flexure loading, which indicates that the appropriate design by soft layer on the fiber can reduce the maximum stress. It was also suggested that optimal design of SiC_(f)/SiC composites about 16~18 volume percent of the matrix and fiber reduced the maximum stress.
The present research attempts to analyze and evaluate the mechanical behavior of SiC_(f) reinforced SiC_(f)/SiC composites with and without soft coatings. The effects of soft fiber coating in the alleviation of indentation or flexural stress in the layered structure are investigated. Boron nitride and/or pyro carbon as soft coating layer on SiC fiber are selected for the structure. Modeling is performed by changing the type of fiber, the type of soft layer, layered stacking sequence of the soft layer, and with/without SiC matrix. Finite element method (FEM) analyses are conducted to evaluate stress distributions under indentation or flexure loadings by displacement loading. Experimentally, the fiber coatings are conducted in the SiC fiber reinforced SiC composites. It was found that BN and/or pyro carbon coating on the fiber alleviate the stress under the contact or flexure loading, which indicates that the appropriate design by soft layer on the fiber can reduce the maximum stress. It was also suggested that optimal design of SiC_(f)/SiC composites about 16~18 volume percent of the matrix and fiber reduced the maximum stress.
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