선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 여러 가지 적층재 구성과 제작 공법 그리고 수지의 종류를 달리하여 제작한 128개의 복합재료 시편을 대상으로 재료시험을 실시하여 이들의 구조강도 특성을 파악하였고, 이에 대한 정보를 제공함으로써 사용자들이 용도에 맞는 적합한 FRP 복합재료의 구성과 제작방법을 선택하여 사용할 수 있도록 하였다.
제안 방법
- Table 2, 3에서의 ①~⑥, ⑪~⑯까지의 시편은 각각 4개씩을 사용하여 총 48개의 시편에 대해 인장시험을 실시하였고, Core와 Foam이 들어간 샌드위치형 적층구성의 시편은 굽힘 시험만을 실시하였다.
- 동일 적층재 구성, 동일 적층제작방법을 사용하고 수지의 종류만을 달리하였을 경우, 즉 폴리에스테르수지 또는 비닐에스테르수지를 사용한 경우인 두 가지 경우를 비교하였다. 즉, Table 4에서 ①과 ⑪, ②와 ⑫, ③과 ⑬, ④와 ⑭, ⑤와 ⑮, ⑥과 ⑯의 비교에 해당한다.
- 동일 적층재구성, 동일 수지를 사용하고 적층제작방법을 달리하였을 경우 즉, 수적층법 또는 진공적층법을 사용하였을 경우인 두 가지 방법을 비교하였다. Table 4에서 ①과 ②, ③과 ④, ⑤와 ⑥ 사이의 비교가 여기에 해당한다.
- 동일 제작공법, 동일 수지를 사용하고 적층재의 구성만 달리 하였을 경우 비강도와 비탄성률을 비교하였다. 즉, Table 4에서 폴리에스테르수지를 사용한 ①, ③, ⑤의 비교와 ②, ④, ⑥의 비교, 그리고 비닐에스테르수지를 사용한 ⑪, ⑬, ⑮의 비교와 ⑫, ⑭, ⑯의 비교가 여기에 해당한다.
- 본 연구에서는 FRP 복합재의 적층구성과 적층방법, 그리고 수지의 종류에 따른 시편의 인장 및 굽힘강도를 측정하였다. 적층구성은 매트와 로빙의 적층순서 및 반복횟수, 그리고 샌드위치형 적층 구조로서 매트 내에 심재로 Core재와 Foam재를 넣은 총 5가지 종류를 준비하여 시험하였다.
-
본 연구에서는 유리섬유 보강재로 CSM-300과 WR-570를 사용하였고, 재료시험은 한국선급의 FRP 규칙 및 적용지침(한국선급, 2009)을 준행하여 실시하였으며, 시험장비는 목포대학교 조선공학과에 있는 100톤 성능의 MTS사의 인장, 압축, 굽힘, 피
로시험이 가능한 Fig. 1의 장비를 사용하였다. - 얻어진 인장 및 굽힘강도를 서로 다른 두께를 갖는 시편과 직접 비교하기 위하여 단위밀도당 강도를 말하는 비강도(Specific strength), 단위밀도당 탄성계수를 나타내는 비탄성률(Specific modulus) 개념을 사용하여 비교하였다.
- 본 연구에서는 FRP 복합재의 적층구성과 적층방법, 그리고 수지의 종류에 따른 시편의 인장 및 굽힘강도를 측정하였다. 적층구성은 매트와 로빙의 적층순서 및 반복횟수, 그리고 샌드위치형 적층 구조로서 매트 내에 심재로 Core재와 Foam재를 넣은 총 5가지 종류를 준비하여 시험하였다. 적층방법으로는 가장 많이 사용되는 수적층법(Hand lay-up)과 최근 도입된 진공적층법(Vacuum infusion)의 2가지를 준비하였고, 수지의 종류로는 폴리에스테르수지와 비닐에스테르수지 2가지를 사용하였다.
- 적층재의 구성과 수지의 종류를 달리하고 적층방법인 기존의 수적층법과 새로운 선진공법인 진공적층법에 의해 제작된 FRP 시험편에 대한 인장 및 굽힘시험을 실시하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
대상 데이터
- 굽힘시험을 위한 시편은 Fig. 4와 같이 제작하여 총 길이 170mm, 폭 30mm, 두께는 적층구성에 따라 달라져서 2.0~19.1mm를 사용하였고, Fig. 5와 같이 장착하여 하중속도는 분당 t/2mm로 설정, 시험하였다. Table 2와 Table 3에서의 모든 시편은 각각 4개씩을 사용하여 총 80개의 시편에 대해 굽힘시험을 실시하였다.
- 시편은 Fig. 2와 같이 총 길이 230mm, 폭 45mm, 표점간 길이 60mm, 좁은 부분의 폭 25mm, 두께는 적층구성에 따라 달라져서 2.0~5.25mm를 사용하였고, Fig. 3과 같이 장착하여 인장속도는 5mm/min로 설정, 시험하였다. Table 2, 3에서의 ①~⑥, ⑪~⑯까지의 시편은 각각 4개씩을 사용하여 총 48개의 시편에 대해 인장시험을 실시하였고, Core와 Foam이 들어간 샌드위치형 적층구성의 시편은 굽힘 시험만을 실시하였다.
이론/모형
- 적층구성은 매트와 로빙의 적층순서 및 반복횟수, 그리고 샌드위치형 적층 구조로서 매트 내에 심재로 Core재와 Foam재를 넣은 총 5가지 종류를 준비하여 시험하였다. 적층방법으로는 가장 많이 사용되는 수적층법(Hand lay-up)과 최근 도입된 진공적층법(Vacuum infusion)의 2가지를 준비하였고, 수지의 종류로는 폴리에스테르수지와 비닐에스테르수지 2가지를 사용하였다.
성능/효과
- 그리고 적층을 많이 할수록 두께는 두꺼워져서 비강도는 높게 나타나지만 비탄성률은 비슷하거나 오히려 더 낮은 결과가 나왔다. MRMRMRM으로 7개 적층한 경우는 MRMRM으로 5개 적층한 것에 비해 인장 비강도는 약 11.7%, 굽힘 비강도는 17% 정도 더 우수한 것으로 나타났다. 그러나 인장 비탄성률은 4%, 굽힘 비탄성률은 −16%로 나타났다.
- 동일한 두께이지만 매트와 로빙을 교대로 적층한 경우 즉, MRMRM 조합이 MMRMM 조합보다 인장 비강도 9%, 굽힘 비강도에서 약 30% 우수한 결과가 나왔다. 따라서 동일한 두께이지만 적층구성을 어떻게 하느냐에 따라 최대 30%의 강도차이가 나타남을 확인하였다.
- 동일한 두께이지만 매트와 로빙을 교대로 적층한 경우 즉, MRMRM 조합이 MMRMM 조합보다 인장 비강도 9%, 굽힘 비강도에서 약 30% 우수한 결과가 나왔다. 따라서 동일한 두께이지만 적층구성을 어떻게 하느냐에 따라 최대 30%의 강도차이가 나타남을 확인하였다. 그리고 적층을 많이 할수록 두께는 두꺼워져서 비강도는 높게 나타나지만 비탄성률은 비슷하거나 오히려 더 낮은 결과가 나왔다.
- 비닐에스테르수지가 폴리에스테르수지보다 인장 비강도와 인장 비탄성률 모두 평균 8% 높게 나타났고, 또한 비닐에스테르수지가 폴리에스테르수지보다 굽힘 비강도에서 평균 25%, 굽힘 비탄성률에서 평균 10% 우수한 것으로 나타났다. 하지만 일반적으로 많이 사용되는 폴리에스테르수지에 비해 비닐에스테르수지를 사용할 경우에는 경화제 이외에 경화촉진제를 부가적으로 사용하여야 하고, 비용면에서도 50% 정도 더 비싸다는 단점이 있다.
- 비닐에스테르수지가 폴리에스테르수지보다 인장 비강도와 인장 비탄성률 모두 평균 8% 높게 나타났고, 또한 비닐에스테르수지가 폴리에스테르수지보다 굽힘 비강도에서 평균 25%, 굽힘 비탄성률에서 평균 10% 우수한 것으로 나타났다. 하지만 일반적으로 많이 사용되는 폴리에스테르수지에 비해 비닐에스테르수지를 사용할 경우에는 경화제 이외에 경화촉진제를 부가적으로 사용하여야 하고, 비용면에서도 50% 정도 더 비싸다는 단점이 있다.
- 총 128개의 시편에 대해 인장시험과 굽힘시험을 실시한 결과를 정리하면 Table 4와 같다. 이 재료시험 결과는 각 종류별로 4개씩의 시편에 대해 실시하여 그 평균값을 기록한 것으로, Fig. 6과 Fig. 7의 결과에서 알 수 있듯이 FRP 재료는 응력과 변형율 관계가 거의 선형적이고 특별한 항복점이 없이 파단되는 것을 알 수 있다.
- 즉, 폴리에스테르수지를 사용한 3가지 적층구성에 대한 시험결과 진공적층법이 수적층법에 비해 인장 비강도는 평균 43%, 인장 비탄성률은 31% 높게 나타났고, 또한 굽힘 비강도는 평균 53%, 굽힘 비탄성률은 86% 우수한 것으로 나타났다. 이렇게 진공적층법이 수적층법에 비해 강도와 중량면에서 더 우수하다는 것은 이미 누구나 아는 사실이지만, 일반적으로 생각하는 약 2배정도 강하겠지 하는 막연한 예상보다는 정확하게 50% 더 우수하다는 결론을 낼 수 있었다.
- 그리고 적층을 많이 할수록 두께는 두꺼워져서 비강도는 높게 나타나지만 비탄성률은 비슷하거나 오히려 더 낮은 결과가 나왔다. 즉 적층두께가 두꺼울수록 강도면에서는 약간 도움이 되지만 변형에 저항하는 탄성률 면에서는 오히려 마이너스효과가 나타남을 알 수 있었다.
- Table 4에서 ①과 ②, ③과 ④, ⑤와 ⑥ 사이의 비교가 여기에 해당한다. 즉, 폴리에스테르수지를 사용한 3가지 적층구성에 대한 시험결과 진공적층법이 수적층법에 비해 인장 비강도는 평균 43%, 인장 비탄성률은 31% 높게 나타났고, 또한 굽힘 비강도는 평균 53%, 굽힘 비탄성률은 86% 우수한 것으로 나타났다. 이렇게 진공적층법이 수적층법에 비해 강도와 중량면에서 더 우수하다는 것은 이미 누구나 아는 사실이지만, 일반적으로 생각하는 약 2배정도 강하겠지 하는 막연한 예상보다는 정확하게 50% 더 우수하다는 결론을 낼 수 있었다.
- Table 4에서 ①과 ②, ③과 ④, ⑤와 ⑥ 사이의 비교가 여기에 해당한다. 즉, 폴리에스테르수지를 사용한 3가지 적층구성에 대한 시험결과 진공적층법이 수적층법에 비해 인장 비강도는 평균 43%, 인장 비탄성률은 31% 높게 나타났고, 또한 굽힘 비강도는 평균 53%, 굽힘 비탄성률은 86% 우수한 것으로 나타났다. 이렇게 진공적층법이 수적층법에 비해 강도와 중량면에서 더 우수하다는 것은 이미 누구나 아는 사실이지만, 일반적으로 생각하는 약 2배정도 강하겠지 하는 막연한 예상보다는 정확하게 50% 더 우수하다는 결론을 낼 수 있었다.
후속연구
- 적층재의 구성과 수지의 종류, 적층방법을 달리하여 제작된 FRP 시험편에 대한 인장 및 굽힘강도 비교평가를 통해 얻은 정보를 활용하여 사용용도에 적합한 재료를 선택 · 제작함으로써 FRP 소형 어선 및 레저보트의 경량화 및 고품질화에 기여할 것으로 기대한다. 앞으로 비강도와 비탄성률이 우수한 조합을 선정하여 어선 및 레저보트에 적용하고, 구조해석을 통해 기존 선박과의 장단점을 비교하는 연구가 필요하다.
- 적층재의 구성과 수지의 종류, 적층방법을 달리하여 제작된 FRP 시험편에 대한 인장 및 굽힘강도 비교평가를 통해 얻은 정보를 활용하여 사용용도에 적합한 재료를 선택 · 제작함으로써 FRP 소형 어선 및 레저보트의 경량화 및 고품질화에 기여할 것으로 기대한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.