본 연구의 목적은 복잡형상 탄소섬유/에폭시 복합재료 구조물의 구조건전성모니터링을 위해 전기활성고분자의 한 종류인 P(VDF-TrFE)를 활용한 직물센서의 설계 및 제작이다. P(VDF-TrFE) 직물센서는 기지균열과 박리 등 손상을 실시간으로 감지하기 위해 복합재료 구조물 내 삽입설치 될 수 있다. 연구목표 달성을 위해 네 가지의 연구주제를 수행했다. (1) 재료설계: P(VDF-TrFE)의 압전성능 향상을 위해 적절한 ...
본 연구의 목적은 복잡형상 탄소섬유/에폭시 복합재료 구조물의 구조건전성모니터링을 위해 전기활성고분자의 한 종류인 P(VDF-TrFE)를 활용한 직물센서의 설계 및 제작이다. P(VDF-TrFE) 직물센서는 기지균열과 박리 등 손상을 실시간으로 감지하기 위해 복합재료 구조물 내 삽입설치 될 수 있다. 연구목표 달성을 위해 네 가지의 연구주제를 수행했다. (1) 재료설계: P(VDF-TrFE)의 압전성능 향상을 위해 적절한 후처리 방법과 조건에 대해 조사됐다. 더불어 유기변성점토 나노입자를 첨가하여 P(VDF-TrFE)의 전기적, 기계적 물성을 향상시켰다. 평가 및 검증을 위해 전기·기계연성거동, 인장, 크리프 시험 등 다양한 실험연구가 수행됐다. (2) 적용가능성 확인: P(VDF-TrFE) 센서의 복합재료 구조물에 삽입에 따른 구조의 기계적 강건성에 미치는 영향을 인장, 굽힘, 박리시험을 통해 평가했다. 더불어 충격거동을 모니터링하고 구조의 손상가능성에 대해 실시간 현장 진단을 제공가능 여부확인을 위해 P(VDF-TrFE) 센서를 복합재료 평판에 삽입하여 저속충격시험을 수행했다. (3) 직물센서 제작 및 특성평가: 직물센서는 열압착 방법으로 제작 된 P(VDF-TrFE) 이층구조의 센서유닛을 활용하여 평직으로 직조되었다. 또한 전단 변형에 따른 직물센서의 압전성능 변화를 평가하기 위해 사진틀 시험을 수행했으며, 센서유닛간의 압착효과로 인해 직물센서의 민감도는 전단각에 따라 증가했다. (4) 성능평가: 탄소섬유/에폭시 복합재료 돔 구조물의 건전성 모니터링을 위해 서로 다른 세 종류의 전단 각도(0°, 9°, 20°)을 갖는 위치에 세 개의 직물센서를 삽입하였다. 그 후, 낙하충격시험기를 활용하여 저속 충격 (2.35-7.06 J)를 복합재료 돔 구조물에 부가하였다. 충격에너지와 전단변형 된 P(VDF-TrFE) 직물 센서에서 생성된 전압 출력 및 해당 재료 파손 모드 간의 관계를 고려하여 저속 충돌을 경험 한 복합재료 돔 구조물의 잠재적 손상에 대한 평가 기법을 제안하였다.
본 연구의 목적은 복잡형상 탄소섬유/에폭시 복합재료 구조물의 구조건전성모니터링을 위해 전기활성고분자의 한 종류인 P(VDF-TrFE)를 활용한 직물센서의 설계 및 제작이다. P(VDF-TrFE) 직물센서는 기지균열과 박리 등 손상을 실시간으로 감지하기 위해 복합재료 구조물 내 삽입설치 될 수 있다. 연구목표 달성을 위해 네 가지의 연구주제를 수행했다. (1) 재료설계: P(VDF-TrFE)의 압전성능 향상을 위해 적절한 후처리 방법과 조건에 대해 조사됐다. 더불어 유기변성점토 나노입자를 첨가하여 P(VDF-TrFE)의 전기적, 기계적 물성을 향상시켰다. 평가 및 검증을 위해 전기·기계연성거동, 인장, 크리프 시험 등 다양한 실험연구가 수행됐다. (2) 적용가능성 확인: P(VDF-TrFE) 센서의 복합재료 구조물에 삽입에 따른 구조의 기계적 강건성에 미치는 영향을 인장, 굽힘, 박리시험을 통해 평가했다. 더불어 충격거동을 모니터링하고 구조의 손상가능성에 대해 실시간 현장 진단을 제공가능 여부확인을 위해 P(VDF-TrFE) 센서를 복합재료 평판에 삽입하여 저속충격시험을 수행했다. (3) 직물센서 제작 및 특성평가: 직물센서는 열압착 방법으로 제작 된 P(VDF-TrFE) 이층구조의 센서유닛을 활용하여 평직으로 직조되었다. 또한 전단 변형에 따른 직물센서의 압전성능 변화를 평가하기 위해 사진틀 시험을 수행했으며, 센서유닛간의 압착효과로 인해 직물센서의 민감도는 전단각에 따라 증가했다. (4) 성능평가: 탄소섬유/에폭시 복합재료 돔 구조물의 건전성 모니터링을 위해 서로 다른 세 종류의 전단 각도(0°, 9°, 20°)을 갖는 위치에 세 개의 직물센서를 삽입하였다. 그 후, 낙하충격시험기를 활용하여 저속 충격 (2.35-7.06 J)를 복합재료 돔 구조물에 부가하였다. 충격에너지와 전단변형 된 P(VDF-TrFE) 직물 센서에서 생성된 전압 출력 및 해당 재료 파손 모드 간의 관계를 고려하여 저속 충돌을 경험 한 복합재료 돔 구조물의 잠재적 손상에 대한 평가 기법을 제안하였다.
The main objective of this dissertation is to design and fabricate a fabric sensor made of poly(vinylidene fluoride–trifluoroethylene); P(VDF-TrFE) for the low-velocity induced impact damage detection of complex-shaped carbon/epoxy composite structures. To achieve the research aim, mainly four sub-r...
The main objective of this dissertation is to design and fabricate a fabric sensor made of poly(vinylidene fluoride–trifluoroethylene); P(VDF-TrFE) for the low-velocity induced impact damage detection of complex-shaped carbon/epoxy composite structures. To achieve the research aim, mainly four sub-research topics were conducted. (1) Material design: For enhance piezoelectric performance of P(VDF-TrFE), appropriate post-treatment methods and conditions were investigated. And organically modified montmorillonite (OMMT) was added to P(VDF-TrFE) copolymer at various concentrations to attenuate the draw-back of P(VDF-TrFE) by enhancing piezoelectric and mechanical properties. Various experimental works such as electromechanical, tensile, and creep tests were carried out for evaluations and verifications. (2) Feasibility check: The effects of insertion of the developed P(VDF-TrFE) sensor on the structural integrity of the host composites made of carbon fiber/epoxy prepregs with different stacking sequences under representative tensile and bending loads was investigated. In addition, the P(VDF-TrFE) sensors were embedded into the composite structures to monitor the impact behavior and provide real-time in situ diagnosis for the possible material failures. (3) Fabrication and characterization: The fabric sensor was woven in a plain weave configuration with bi-layered P(VDF-TrFE) units fabricated by a lamination method. Further, to investigate the effect of shear deformation on piezoelectric performance of the fabric sensor, a picture frame and electromechanical tests were carried out. Due to compaction effect of sensor units, the static sensitivity of the fabric sensor increased with shear angle. (4) Performance evaluation: For damages characterization of the carbon/epoxy composite dome structure, three different sheared P(VDF-TrFE) fabric sensors were inserted at different sheared sites (shear angle = 0°, 9°, and 20°) in composite dome. Subsequently, low-velocity impact tests were performed by using a drop-weight impact machine (2.35–7.06 J). By considering the relationships between impact energy, voltage output from the sheared fabric sensors, and the corresponding material failure modes, an estimation technique for the potential failure of the composite dome structure that experienced low-velocity impacts was suggested.
The main objective of this dissertation is to design and fabricate a fabric sensor made of poly(vinylidene fluoride–trifluoroethylene); P(VDF-TrFE) for the low-velocity induced impact damage detection of complex-shaped carbon/epoxy composite structures. To achieve the research aim, mainly four sub-research topics were conducted. (1) Material design: For enhance piezoelectric performance of P(VDF-TrFE), appropriate post-treatment methods and conditions were investigated. And organically modified montmorillonite (OMMT) was added to P(VDF-TrFE) copolymer at various concentrations to attenuate the draw-back of P(VDF-TrFE) by enhancing piezoelectric and mechanical properties. Various experimental works such as electromechanical, tensile, and creep tests were carried out for evaluations and verifications. (2) Feasibility check: The effects of insertion of the developed P(VDF-TrFE) sensor on the structural integrity of the host composites made of carbon fiber/epoxy prepregs with different stacking sequences under representative tensile and bending loads was investigated. In addition, the P(VDF-TrFE) sensors were embedded into the composite structures to monitor the impact behavior and provide real-time in situ diagnosis for the possible material failures. (3) Fabrication and characterization: The fabric sensor was woven in a plain weave configuration with bi-layered P(VDF-TrFE) units fabricated by a lamination method. Further, to investigate the effect of shear deformation on piezoelectric performance of the fabric sensor, a picture frame and electromechanical tests were carried out. Due to compaction effect of sensor units, the static sensitivity of the fabric sensor increased with shear angle. (4) Performance evaluation: For damages characterization of the carbon/epoxy composite dome structure, three different sheared P(VDF-TrFE) fabric sensors were inserted at different sheared sites (shear angle = 0°, 9°, and 20°) in composite dome. Subsequently, low-velocity impact tests were performed by using a drop-weight impact machine (2.35–7.06 J). By considering the relationships between impact energy, voltage output from the sheared fabric sensors, and the corresponding material failure modes, an estimation technique for the potential failure of the composite dome structure that experienced low-velocity impacts was suggested.
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