[논문]복합재료 스킨-보강재 접합 시편의 파손 특성에 대한 시험 연구

김광수; 안재모; 장영순; 이영무

doi:10.7234/kscm.2007.20.6.008

[국내논문] 복합재료 스킨-보강재 접합 시편의 파손 특성에 대한 시험 연구
Experimental Debonding Failure Behaviors of Composite Skin-Stiffener Bonded Specimens 원문보기

복합재료 : 한국복합재료학회지 = Journal of the Korean Society for Composite Materials, v.20 no.6, 2007년, pp.8 - 14

김광수 (한국항공우주연구원 구조팀) , 안재모 (한국항공우주연구원 구조팀) , 장영순 (한국항공우주연구원 구조팀) , 이영무 (한국항공우주연구원 발사체기술실)

초록
AI-Helper

스킨-보강재 시편 시험을 통해 스킨과 보강재의 분리 파손 특성을 살펴보고 접합방법, 보강재 단면 및 이차 접합 파라미터의 영향을 조사하였다. 본 시험 결과와 이전 시험[1]의 결과를 종합해 볼 때, 보강패널의 스킨-보강재 분리 파손 강도를 판단하는 기준으로 스킨-보강재 시편의 파손 변위를 이용하는 것이 타당하며 동일한 접합 방법을 사용할 경우, closed형 보다 open형 보강재를 사용하는 것이 복합재 보강 패널에서 스킨과 보강재의 분리파손을 방지하는데 유리함을 알 수 있었다. 접합방법으로는 이차접합 및 접착제를 사용한 동시성형이 좋은 파손 강도를 보였으며 접착제 없는 동시성형이 가장 나쁜 파손 강도를 나타내었다. 파손 모드는 이차접합 시편은 주로 계면 파손이 발생하였으며 동시성형 시편은 복합재료의 층간분리 파손이 발생하였다. 이차 접합 시편에서는 접착제 두께가 작을수록 높은 파손 강도를 보였다. Fillet은 시편의 강도에 영향을 미치지 않았다. 표면 조도의 영향은 open형 및 closed형 시편이 다르게 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

Debonding failure characteristics of the composite skin-stiffener specimens were experimentally investigated. The influences of bonding methods, types of stiffener shape and various secondary bonding parameters were evaluated. Present test results combined with the previous test results[1] showed that the failure displacement of the skin-stiffener specimens well evaluates the skin-stiffener debonding failure strength of the composite stiffened panels. The specimens with an open type stiffener had lower bending stiffness and larger failure displacement than those with a closed type stiffener. Secondary bonding and co-curing with adhesive had better failure strength than co-curing without adhesive film. Secondary bonded specimens failed by adhesive failure and co-cured specimens failed by delamination failure. As the bondline thickness was thinner, the skin-stiffener specimens had higher failure strength. The fillets had no influence on failure strength of the specimens. The influence of the surface roughness was shown according to types of stiffener shape.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

즉, 스킨과 보강재의 분리파손이 발생하게 되면 복합재 보강패널의 좌굴 후 강도는 현저히 감소함을 알 수 있었다[1]. 따라서 스킨과 보강재의 접합구조에서 분리 파손이 발생하지 않는(또는 분리파손를 지연시키는) 접합 조건 및 설계 파라미터를 결정하는 것과 여러가지 접합 파라미터가 파손 특성 및 강도에 미치는 영향을 자세히 조사해 보는 연구가핕요하였다.
본 연구에서는 이러한 목적에 적합한 스킨-보강재 시편을 제작하고 시험하였다. 이를 통해, 스킨과 보강재의 분리 파손 특성 (파손 양상, 파손 모드, 파손 강도)을 살펴보고자 한다.
시험하였다. 이를 통해, 스킨과 보강재의 분리 파손 특성 (파손 양상, 파손 모드, 파손 강도)을 살펴보고자 한다. 또한 다양한 접합 파라미터 및 설계변수가 분리 파손에 미치는 영향을 평가해 보고자 한다.
이를 통해, 스킨과 보강재의 분리 파손 특성 (파손 양상, 파손 모드, 파손 강도)을 살펴보고자 한다. 또한 다양한 접합 파라미터 및 설계변수가 분리 파손에 미치는 영향을 평가해 보고자 한다.

제안 방법

시편은 스킨과 보강재를 이차접합 또는 동시성형 방법으로 제작하였다. 시편 제작을 위해 고려된 파라미터는 다음과 같다.
3NA 의 경우 상온조건이며, FM73은 복합재료 성형조건과 동일하였다. 제작된 시편은 시험 이전에 시편의 측면을 연마(poiishing)하여 시험 과정에서 스킨과 보강재의 디본딩 파손을 현미경을 이용해 관찰할 수 있도록 하였다.
변위는 5t nm/min으로제어하였다. 시험 중에 현미경을 통해 보강재 플랜지 끝단의 균열 발생을 관찰하였으며, 하중, Stroke, 변형률을 측정 저장하였다.
스킨-보강재 시편을 통해 스킨과 보강재의 분리 파손 특성을 살펴보고 접합방법, 보강재 단면 및 이차 접합 파라미터의 영향을 조사하였다. 본 시험 결과와 이전 시험[1]의 결과를 종합해 볼 때, 보강패널의 스킨-보강재 분리 파손 강도를 판단하는 기준으로 스킨-보강재 시편의 파손 변위를 이용하는 것이 타당하며 동일한 접합 방법을 사용할 경우, closed형 보다 open형 보강재를 사용하는 것이 굽힘 강성이 작고 파손 변위를 크게 하므로 복합재 보강 패널에서 스킨과 보강재의 분리파손을 방지하는데 유리하다고 할 수 있다.

대상 데이터

2와 같다. 시편은 스킨과 hat형 단면을 갖는 보강재로 구성되어 있다.
○ 표면 조도 : 접착 부위의 표면 조도를 변경시키기 위해 No. 220, 320, 400의 사포를 이용하였다.
위에서 언급한 바와 같은 접합 방법, 보강재 단면 모양 및 이차접합 파라미터(접착 압력, 표면 조도, fillet 조건)를 고려한 시편은 각 종류별로 5개를 제작하여 시험하였다. 복합재료는 한국화이바(주)에서 제작하는 HT145/RS1222 CFRP 일방향 프리프레그를 이용하였다.
각 종류별로 5개를 제작하여 시험하였다. 복합재료는 한국화이바(주)에서 제작하는 HT145/RS1222 CFRP 일방향 프리프레그를 이용하였다. 프리프레그의 ply 두께는 Q145~0.
15mm이며 성형조건은 1*, 26 40psi이다. 이차접합에 사용된 접착제는 Hysol EA9309.3NA[13]이며 동시성형에 사용된 접착제는 FM 73 접착제 필름[14]이다. 접착제의 성형 조건은 Hysol EA9309.

성능/효과

본 시험 결과와 이전 시험[1]의 결과를 종합해 볼 때, 보강패널의 스킨-보강재 분리 파손 강도를 판단하는 기준으로 스킨-보강재 시편의 파손 변위를 이용하는 것이 타당하며 동일한 접합 방법을 사용할 경우, closed형 보다 open형 보강재를 사용하는 것이 굽힘 강성이 작고 파손 변위를 크게 하므로 복합재 보강 패널에서 스킨과 보강재의 분리파손을 방지하는데 유리하다고 할 수 있다. 접합 방법으로는 이차접합 및 접착제를 사용한 동시성형이 좋은 파손 강도를 보였으며 접착제 없는 동시성형이 가장 나쁜 파손 강도를 나타내었다. 파손 모드는 이차접합 시편은 주로 계면 파손이 발생하였으며 동시성형 시편은 복합재료의 층간분리 파손이 발생하였다.
이 연구에 의하면 복합재 보강패널의 좌굴 후 강도는 스킨과 보강재의 분리 파손 여부에 따라 많은 영향을 받는 것으로 나타났다. 즉, 스킨과 보강재의 분리파손이 발생하게 되면 복합재 보강패널의 좌굴 후 강도는 현저히 감소함을 알 수 있었다[1].
이 연구에 의하면 복합재 보강패널의 좌굴 후 강도는 스킨과 보강재의 분리 파손 여부에 따라 많은 영향을 받는 것으로 나타났다. 즉, 스킨과 보강재의 분리파손이 발생하게 되면 복합재 보강패널의 좌굴 후 강도는 현저히 감소함을 알 수 있었다[1]. 따라서 스킨과 보강재의 접합구조에서 분리 파손이 발생하지 않는(또는 분리파손를 지연시키는) 접합 조건 및 설계 파라미터를 결정하는 것과 여러가지 접합 파라미터가 파손 특성 및 강도에 미치는 영향을 자세히 조사해 보는 연구가핕요하였다.
시편의 바깥쪽 파손 모드를 기준으로 할 때 파손 모드는시편의 접합 방법(즉, 이차 접합 및 동시성형) 또는 보강재 단면 모양에 따라 다르게 나타났다. 이차 접합 시편은 접착제와 스킨의 계면 파손에 취약하였으며 동시 성형 시편은 스킨의 내부에서 층간분리 파손이 발생하였다.
이것은 closed형의 패널에서는 분리파손이 발생하였지만, open형에서는 발생하지 않았기 때문이었다. 이러한 결과와 본 시험의 결과를 종합해 볼 때, 스킨-보강재의 분리파손을 평가하기 위해서는 스킨-보강재 시편의 파손 하중보다는 파손 변위를 이용해 평가하는 것이 합당하다고 할 수 있다. 즉, 스킨-보강재 시편의 분리 파손 변위가 큰 경우가 보강패널에서 분리 파손이 잘 발생하지 않는 경우라고 할 수 있다.
13mm정도의 glass bead를 포함하고 있는데 일정한 압력이상에서는 접착제 두께가 glass bead로 인해 일정하게 유지되기 때문이다. 이에 비해 closed 형이 차 접합 시편에서는 압력이 작을수록 접착제 두께가 커지는 경향이 나타났으며 동일한 압력에서 open형 시편 보다 접착제 두께가 크게 나타났다. 따라서 이차접합에서는 접착면적이 넓은 Fig.
그림을 통해 시편의 접합 압력에 따라 접착제 두께 및 파손 강도가 변하는 것을 알 수 있다. 즉, 0.13-0.18mm 범위에서 접착제의 두께가 작을수록 시편의 파손 강도가 향상되었다.
6에 표시되어 있는 바와 같다. Fillet이 시편의 파손 강도에 미치는 영향을 평가한 결과, 시편의 파손 강도는 fillet의 유무와는 무관하였다. 이것은 Single lap 시편의 경우 Fillete 조인트 강도를 상당히 증가[2, 3]시키는 역할을 하는데 비해 다른 결과라도 할 수 있다.
하지만, 표면조도, Fillet, 접합방법의 영향은 두 시편에서 다르게 나타났다. 따라서 접착제 두께를 제외한 표면 조도, Fillet, 접합 방법의 영향은 접합 조인트의 기하 조건 및 세밀한 하중 상태에 따라 달라진다는 것을 알 수 있었다.
조사하였다. 본 시험 결과와 이전 시험[1]의 결과를 종합해 볼 때, 보강패널의 스킨-보강재 분리 파손 강도를 판단하는 기준으로 스킨-보강재 시편의 파손 변위를 이용하는 것이 타당하며 동일한 접합 방법을 사용할 경우, closed형 보다 open형 보강재를 사용하는 것이 굽힘 강성이 작고 파손 변위를 크게 하므로 복합재 보강 패널에서 스킨과 보강재의 분리파손을 방지하는데 유리하다고 할 수 있다. 접합 방법으로는 이차접합 및 접착제를 사용한 동시성형이 좋은 파손 강도를 보였으며 접착제 없는 동시성형이 가장 나쁜 파손 강도를 나타내었다.

후속연구

이를 통해, 조인트 강도 및 신뢰성 면에서 가장 적합한 접합 조건을 찾을 수 있을 것이다. 또한 파악된 파손 메커니즘 및 파손 특성에 근거해 좀더 신뢰성 있는 파손 예측 방법의 정립에도 도움을 줄 수 있을 것이다.

참고문헌 (14)

김광수, 유재석, 안재모, 장영순, 이영무, '복합재 보강패널의 좌굴 후 파손 특성', 한국항공우주학회지, 제34권, 제3호, 2006, pp. 37-43

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김광수, 유재석, 안재모, 장영순, '일방향 복합재료 Single Lap 접합 조인트의 파손 모드 및 파손 강도 I. 실험', 한국복합재료학회지, 제17권, 제6호, 2004, pp. 14-21
김광수, 이영무, 김천곤, '일방향 복합재료 Single Lap 접합 조인트의 파손 모드 및 파손 강도 II. 파손 예측', 한국복합재료학회지, 제18권, 제1호, 2005, pp. 1-9
Kim, J.K., Kim, H.S, and Lee, D.G. 'Investigation of Optimal Surface Treatments for Carbon/Epoxy Composite Adhesive Joints,' J. Adhesion Sci. Technol., Vol. 17, No. 3, 2003, pp. 329-352

상세보기
Tsai, M.Y., Morton, J., 'The Effect of a Spew Fillet on Adhesive Stress Distributions in Laminated Composite Single-Lap Joints,' Composite Structures, 32, 1995, pp. 123-131

상세보기
Kairouz, K.C., Matthews, F.L., 'Strength and Failure Modes of Bonded Single Lap Joints between Cross-Ply Adherends,' Composites, Vol. 24, No.6, 1993, pp. 475-484

상세보기
Minguet, P.J., O'Brien, T.K., 'Analysis of Test Methods for Characterizing Skin/Stringer Debonding Failures in Reinforced Composite Panels,' ASTM Special Technical Publication, v.1274, 1996, pp. 105-124
Krueger, R., Paris, I.L., O'Brien, T.K., Minguet, P.J., 'Comparison of 2D finite element modeling assumptions with results from 3D analysis for composite skin-stiffener debonding,' Composite Structures 57, 2002, pp. 161-168

상세보기
Van Rijn, J.C.F.N., 'Design Guidelines for the Prevention of Skin-Stiffener Debonding in Composite Aircraft Panels,' Proceeding of American Society for Composites, No. 15, 2000, pp. 745-754
Wang, J.T., Raju, I.S., 'Strain Energy Release Rate Formulate For Skin-Stiffener Debond Modeled with Plate Element,' Engineering Fracture Mechanics, Vol. 54, No. 2, 1996, pp. 211-228

상세보기
Raju I.S., Sistla R., Krishnamurthy T., 'Fracture Mechanics for Skin-Stiffener Debonding'', Eng. Fracture Mechanics, Vol. 54, No.3, 1996, pp. 371-385

상세보기
Glaessgen, E.H., Raju, I.S., and Poe, C.C., 'An Efficient Analysis for the Debonding of Stitched Skin-Stiffened Structures,' Journal of Composites, Technology & Research, Vol. 25, No.1, 2003, pp. 69-81

상세보기
Hysol EA9309.3NA-epoxy paste adhesive, manufacturer's specification, Loctite Aerospace
FM73 toughened epoxy film, data sheet, manufacturer's data sheet, Cytec Engineering Materials Inc

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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