경량 재료들로 접합된 이중외팔보 시험편을 이용한 파손 모드에 따른 접착제 파괴 특성 Adhesive Fracture Characteristic due to Failure Mode Using Double Cantilever Beam specimen Bonded with Lightweight Materials원문보기
본 연구에서는 경량 재료인 CFRP, AL6061-T6 그리고 Aluminum foam을 사용하여 구조용 접착제의 파손 특성에 대한 연구를 진행하였다. 첫 번째로 재료의 대한 물성을 알기 위하여 인장 실험을 진행하였다. 그리고 그 결과값과 제조사의 밀시트를 연구하여 재료의 물성치를 파악하였다. 구조용 접착제의 파손 특성을 알기 위하여 먼저 단일 재료인 CFRP와 AL6061-T6를 사용하여 연구를 진행하였고 그 이후에 ...
본 연구에서는 경량 재료인 CFRP, AL6061-T6 그리고 Aluminum foam을 사용하여 구조용 접착제의 파손 특성에 대한 연구를 진행하였다. 첫 번째로 재료의 대한 물성을 알기 위하여 인장 실험을 진행하였다. 그리고 그 결과값과 제조사의 밀시트를 연구하여 재료의 물성치를 파악하였다. 구조용 접착제의 파손 특성을 알기 위하여 먼저 단일 재료인 CFRP와 AL6061-T6를 사용하여 연구를 진행하였고 그 이후에 이종 접합 재료인 AL(AL6061-T6)-Al_Foam(Aluminum foam), CFRP-AL, CFRP-Al_Foam을 사용하여 단일 재료와 이종 접합 재료에 따른 결과를 비교하였다. 본 연구에 사용된 시험편은 이중외팔보 시험편으로 BS7991을 기반으로 설계하여 제작하였다. 시험편 거치 방법으로는 Mode Ⅰ의 경우, 접착 계면이 지면과 수평이 되도록 거치하였고 Mode Ⅱ는 미끄러짐 파손을 묘사하기 위하여 접착 계면이 지면과 직각이 되도록 거치하였다. Mode Ⅲ는 접착 계면이 지면과 수직으로 되도록 거치하여 실험을 진행하였다. 이와 같이 specimen을 거치한 후 실험 조건을 설정하였다. 실험 설정 조건으로는 모든 specimen이 동일하게 상단부는 1분당 3mm의 강제 변위를 가하였고 하단부는 고정하여 변위에 따른 반력을 측정하였다. 실험 결과로는 단일 재료를 이용한 시험편에서 Mode Ⅰ과 Ⅲ의 결과를 확인하였다. 반력, 응력, 비강도 그리고 에너지 해방률에서 모두 AL6061-T6가 CFRP에 비하여 높은 결과값을 가지고 있는 것을 실험을 통하여 알 수 있었다. Mode Ⅰ의 경우에는 크랙 파손의 초기에 높은 결괏값이 나오는 것을 알 수 있었다. Mode Ⅲ의 경우에는 최대값이 나오는 변위는 Mode Ⅰ에 비하여 후반에 나타났다. 그 이유로는 시험편의 변형으로 인한 것으로 판단된다. Mode Ⅱ의 결과를 보았을 때, 모든 결과값이 CFRP가 AL6061-T6에 비하여 높은 것을 실험을 통하여 알 수 있었다. 에너지 해방률을 확인하였을 때, 모든 재료에서 극 초반에 가장 높은 값이 나오는 것을 알 수 있었다. 그러나 CFRP와 AL6061-T6의 최대 에너지 해방률이 큰 차이가 나온 것을 알 수 있었고 이를 기반으로 Mode Ⅱ에서 CFRP의 변형에너지가 큰 것을 알 수 있었다. 이종 접합 재료를 이용한 specimen의 결과는 Mode Ⅰ과 Ⅲ의 모든 결괏값에서 CFRP-AL, AL-Al_Foam 그리고 CFRP-Al_Foam 순으로 높은 것을 알 수 있었다. Mode Ⅰ에서 균열 저항 곡선을 전체적으로 보았을 때 파괴 거동에 있어서 크랙 진전 초기에는 가장 높은 에너지 해방률이 나오는 것을 알 수 있었고 크랙의 마지막에서는 재료 조합에 따른 에너지 해방률의 차이가 크게 없는 것을 알 수 있었다. 그리고 Mode Ⅲ에서 균열 저항 곡선과 에너지 해방률을 확인하였을 때, CFRP가 들어간 이종 접합 재료가 더 빠르고 높게 에너지 해방률이 나온 것을 알 수 있었다. Mode Ⅱ의 결과에서 반력과 응력에서는 CFRP-AL, AL-Al_Foam 그리고 CFRP-Al_Foam 순으로 높은 것을 알 수 있었다. 비강도의 경우에는 CFRP-Al_Foam이 압도적으로 높은 것을 알 수 있었다. 전체적으로 CFRP가 들어간 조합이 알루미늄들로만 구성된 조합에 비하여 최대 반력 시점이 늦게 나타나는 것을 알 수 있었다. 단일 재료와 이종 접합 재료를 사용한 시험편의 전체적인 파손 경향을 서로 비교하였다. Mode Ⅰ과 Ⅲ에서는 AL-Al_Foam 조합이 가장 뛰어난 것을 알 수 있었다. 다만 Mode Ⅱ에서는 응력 상으론 CFRP가 가장 높았으나 비강도 측면에서는 CFRP-Al_Foam 조합이 가장 뛰어난 것을 알 수 있었다. 이를 기반으로 Al_Foam이 들어간 조합 재료가 경량성과 구조 안전성을 동시에 지닌 것을 알 수 있었다. 이 연구 결과들을 이용하여 접합된 이종 접합 재료를 자동차 샤시, 항공기와 드론 프레임에 효율적으로 적용될 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구에서는 경량 재료인 CFRP, AL6061-T6 그리고 Aluminum foam을 사용하여 구조용 접착제의 파손 특성에 대한 연구를 진행하였다. 첫 번째로 재료의 대한 물성을 알기 위하여 인장 실험을 진행하였다. 그리고 그 결과값과 제조사의 밀시트를 연구하여 재료의 물성치를 파악하였다. 구조용 접착제의 파손 특성을 알기 위하여 먼저 단일 재료인 CFRP와 AL6061-T6를 사용하여 연구를 진행하였고 그 이후에 이종 접합 재료인 AL(AL6061-T6)-Al_Foam(Aluminum foam), CFRP-AL, CFRP-Al_Foam을 사용하여 단일 재료와 이종 접합 재료에 따른 결과를 비교하였다. 본 연구에 사용된 시험편은 이중외팔보 시험편으로 BS7991을 기반으로 설계하여 제작하였다. 시험편 거치 방법으로는 Mode Ⅰ의 경우, 접착 계면이 지면과 수평이 되도록 거치하였고 Mode Ⅱ는 미끄러짐 파손을 묘사하기 위하여 접착 계면이 지면과 직각이 되도록 거치하였다. Mode Ⅲ는 접착 계면이 지면과 수직으로 되도록 거치하여 실험을 진행하였다. 이와 같이 specimen을 거치한 후 실험 조건을 설정하였다. 실험 설정 조건으로는 모든 specimen이 동일하게 상단부는 1분당 3mm의 강제 변위를 가하였고 하단부는 고정하여 변위에 따른 반력을 측정하였다. 실험 결과로는 단일 재료를 이용한 시험편에서 Mode Ⅰ과 Ⅲ의 결과를 확인하였다. 반력, 응력, 비강도 그리고 에너지 해방률에서 모두 AL6061-T6가 CFRP에 비하여 높은 결과값을 가지고 있는 것을 실험을 통하여 알 수 있었다. Mode Ⅰ의 경우에는 크랙 파손의 초기에 높은 결괏값이 나오는 것을 알 수 있었다. Mode Ⅲ의 경우에는 최대값이 나오는 변위는 Mode Ⅰ에 비하여 후반에 나타났다. 그 이유로는 시험편의 변형으로 인한 것으로 판단된다. Mode Ⅱ의 결과를 보았을 때, 모든 결과값이 CFRP가 AL6061-T6에 비하여 높은 것을 실험을 통하여 알 수 있었다. 에너지 해방률을 확인하였을 때, 모든 재료에서 극 초반에 가장 높은 값이 나오는 것을 알 수 있었다. 그러나 CFRP와 AL6061-T6의 최대 에너지 해방률이 큰 차이가 나온 것을 알 수 있었고 이를 기반으로 Mode Ⅱ에서 CFRP의 변형에너지가 큰 것을 알 수 있었다. 이종 접합 재료를 이용한 specimen의 결과는 Mode Ⅰ과 Ⅲ의 모든 결괏값에서 CFRP-AL, AL-Al_Foam 그리고 CFRP-Al_Foam 순으로 높은 것을 알 수 있었다. Mode Ⅰ에서 균열 저항 곡선을 전체적으로 보았을 때 파괴 거동에 있어서 크랙 진전 초기에는 가장 높은 에너지 해방률이 나오는 것을 알 수 있었고 크랙의 마지막에서는 재료 조합에 따른 에너지 해방률의 차이가 크게 없는 것을 알 수 있었다. 그리고 Mode Ⅲ에서 균열 저항 곡선과 에너지 해방률을 확인하였을 때, CFRP가 들어간 이종 접합 재료가 더 빠르고 높게 에너지 해방률이 나온 것을 알 수 있었다. Mode Ⅱ의 결과에서 반력과 응력에서는 CFRP-AL, AL-Al_Foam 그리고 CFRP-Al_Foam 순으로 높은 것을 알 수 있었다. 비강도의 경우에는 CFRP-Al_Foam이 압도적으로 높은 것을 알 수 있었다. 전체적으로 CFRP가 들어간 조합이 알루미늄들로만 구성된 조합에 비하여 최대 반력 시점이 늦게 나타나는 것을 알 수 있었다. 단일 재료와 이종 접합 재료를 사용한 시험편의 전체적인 파손 경향을 서로 비교하였다. Mode Ⅰ과 Ⅲ에서는 AL-Al_Foam 조합이 가장 뛰어난 것을 알 수 있었다. 다만 Mode Ⅱ에서는 응력 상으론 CFRP가 가장 높았으나 비강도 측면에서는 CFRP-Al_Foam 조합이 가장 뛰어난 것을 알 수 있었다. 이를 기반으로 Al_Foam이 들어간 조합 재료가 경량성과 구조 안전성을 동시에 지닌 것을 알 수 있었다. 이 연구 결과들을 이용하여 접합된 이종 접합 재료를 자동차 샤시, 항공기와 드론 프레임에 효율적으로 적용될 수 있을 것으로 사료된다.
In this study, a study on the failure characteristics of structural adhesives was conducted by using the lightweight materials such as CFRP, AL6061-T6 and aluminum foam. First, the tensile tests were conducted in order to examine the physical properties of the materials. By investigating the result ...
In this study, a study on the failure characteristics of structural adhesives was conducted by using the lightweight materials such as CFRP, AL6061-T6 and aluminum foam. First, the tensile tests were conducted in order to examine the physical properties of the materials. By investigating the result values and the manufacturer's mill sheet, the material properties were identified. In order to examine the failure characteristics of structural adhesives, the study was first conducted by using the single materials, CFRP and AL6061-T6, and the inhomogeneous bonded materials such as AL(AL6061-T6)-Al_Foam(Aluminum foam), CFRP-AL, and CFRP-Al_Foam were used to compare the results for the single and inhomogeneous bonded materials. The specimens in this study were designed and manufactured based on BS7991 as a double cantilever beam specimen. As for the specimen mounting method, in the case of mode I, the adhesive interface was mounted so that it was horizontal with the ground. At mode II, the adhesive interface was mounted so that it was perpendicular to the ground to describe the slip failure. At mode Ⅲ, the experiment was conducted by mounting the adhesive interface to be perpendicular to the ground. After mounting the specimen like this, the experimental conditions were set up. As for the experimental set-up conditions for all specimens, the upper part was applied by a forced displacement of 3mm per minute and the lower part was fixed in order to measure the reaction force according to the displacement. As the experimental results, the results of modes Ⅰ and Ⅲ were investigated on the specimen with a single material. It was found through the experiment that AL6061-T6 had the results higher than CFRP at the reaction force, stress, specific strength and energy release rate. In the case of mode I, it was found that a high result value appeared at the initiation of crack breakage. In the case of mode Ⅲ, the displacement with the maximum value appeared in the latter half stage compared with that of mode Ⅰ. The reason is thought to be due to the deformation of specimen. When looking at the results of mode Ⅱ, it was found through experiment that all the result values were higher in CFRP than that of AL6061-T6. When examining the energy release rates, it was found that the highest values appeared in the early stages of all materials. However, it was found that there was a large difference at the maximum energy release rate between CFRP and AL6061-T6. Based on this result, it was found that the strain energy of CFRP was large in mode II. In addition, it was found that the results of specimens with inhomogeneous materials were higher in the order of CFRP-AL, AL-Al_Foam and CFRP-Al_Foam in case of all result values of modes I and III. When investigating at the crack resistance curve as a whole in mode Ⅰ, it was found that the highest energy release rate appeared at the beginning of crack propagation as the fracture behavior. At the end of the crack, there was no significant difference in the energy release rate according to the material combination. When examining the crack resistance curve and energy release rate in mode Ⅲ, it was found that the inhomogeneous bonded material with CFRP showed faster and higher energy release rate. From the results for mode Ⅱ, it was found that the reaction force and stress were higher in the order of CFRP-AL, AL-Al_Foam and CFRP-Al_Foam. In the case of specific strength, it was found that CFRP-Al_Foam was overwhelmingly high. As a whole, it was found that the point in time of maximum reaction force appeared later in case of the combination containing CFRP compared with the combination composed of only a aluminum. The overall failure tendency of specimens using the single and inhomogeneous materials was compared with each other. In modes Ⅰ and Ⅲ, it was found that the the specimen with AL-Al_Foam combination was the best. However, in mode Ⅱ, it was found that CFRP was the highest in terms of stress, but the specimen with CFRP-Al_Foam combination was the most excellent in terms of specific strength. Based on this result, it was found that the combination material containing Al_Foam had both of the light weight and structural safety. Using these study results, it is considered that the inhomogeneous bonded material can be efficiently applied to the automotive chassis, the aircraft, and the drone frame.
In this study, a study on the failure characteristics of structural adhesives was conducted by using the lightweight materials such as CFRP, AL6061-T6 and aluminum foam. First, the tensile tests were conducted in order to examine the physical properties of the materials. By investigating the result values and the manufacturer's mill sheet, the material properties were identified. In order to examine the failure characteristics of structural adhesives, the study was first conducted by using the single materials, CFRP and AL6061-T6, and the inhomogeneous bonded materials such as AL(AL6061-T6)-Al_Foam(Aluminum foam), CFRP-AL, and CFRP-Al_Foam were used to compare the results for the single and inhomogeneous bonded materials. The specimens in this study were designed and manufactured based on BS7991 as a double cantilever beam specimen. As for the specimen mounting method, in the case of mode I, the adhesive interface was mounted so that it was horizontal with the ground. At mode II, the adhesive interface was mounted so that it was perpendicular to the ground to describe the slip failure. At mode Ⅲ, the experiment was conducted by mounting the adhesive interface to be perpendicular to the ground. After mounting the specimen like this, the experimental conditions were set up. As for the experimental set-up conditions for all specimens, the upper part was applied by a forced displacement of 3mm per minute and the lower part was fixed in order to measure the reaction force according to the displacement. As the experimental results, the results of modes Ⅰ and Ⅲ were investigated on the specimen with a single material. It was found through the experiment that AL6061-T6 had the results higher than CFRP at the reaction force, stress, specific strength and energy release rate. In the case of mode I, it was found that a high result value appeared at the initiation of crack breakage. In the case of mode Ⅲ, the displacement with the maximum value appeared in the latter half stage compared with that of mode Ⅰ. The reason is thought to be due to the deformation of specimen. When looking at the results of mode Ⅱ, it was found through experiment that all the result values were higher in CFRP than that of AL6061-T6. When examining the energy release rates, it was found that the highest values appeared in the early stages of all materials. However, it was found that there was a large difference at the maximum energy release rate between CFRP and AL6061-T6. Based on this result, it was found that the strain energy of CFRP was large in mode II. In addition, it was found that the results of specimens with inhomogeneous materials were higher in the order of CFRP-AL, AL-Al_Foam and CFRP-Al_Foam in case of all result values of modes I and III. When investigating at the crack resistance curve as a whole in mode Ⅰ, it was found that the highest energy release rate appeared at the beginning of crack propagation as the fracture behavior. At the end of the crack, there was no significant difference in the energy release rate according to the material combination. When examining the crack resistance curve and energy release rate in mode Ⅲ, it was found that the inhomogeneous bonded material with CFRP showed faster and higher energy release rate. From the results for mode Ⅱ, it was found that the reaction force and stress were higher in the order of CFRP-AL, AL-Al_Foam and CFRP-Al_Foam. In the case of specific strength, it was found that CFRP-Al_Foam was overwhelmingly high. As a whole, it was found that the point in time of maximum reaction force appeared later in case of the combination containing CFRP compared with the combination composed of only a aluminum. The overall failure tendency of specimens using the single and inhomogeneous materials was compared with each other. In modes Ⅰ and Ⅲ, it was found that the the specimen with AL-Al_Foam combination was the best. However, in mode Ⅱ, it was found that CFRP was the highest in terms of stress, but the specimen with CFRP-Al_Foam combination was the most excellent in terms of specific strength. Based on this result, it was found that the combination material containing Al_Foam had both of the light weight and structural safety. Using these study results, it is considered that the inhomogeneous bonded material can be efficiently applied to the automotive chassis, the aircraft, and the drone frame.
주제어
#Double Cantilever Beam Lightweight material Structural adhesive Energy release rate Failure mode
학위논문 정보
저자
김재원
학위수여기관
공주대학교 일반대학원
학위구분
국내석사
학과
기계공학과
지도교수
조재웅
발행연도
2021
키워드
Double Cantilever Beam Lightweight material Structural adhesive Energy release rate Failure mode
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