[논문]원통 CFRP 구조재의 굽힘 특성 평가

김정호; 김지훈

원통 CFRP 구조재의 굽힘 특성 평가
Evaluation of Bending Characteristics for Carbon FRP Structure having Circle Cross-section 원문보기

한국생산제조시스템학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, v.20 no.2, 2011년, pp.202 - 206

김정호 (조선대학교 첨단부품소재공학과) , 김지훈 (조선대학교 기계설계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Works on the strength and stiffness in the structural members are carried out widely with various material and cross-sections with ever increasing safety concerns, they are presently applied in various fields including railroad trains, air crafts and automobiles. In addition to this, problem of lighting structural members became important subject by control of exhaust gas emission, fuel economy and energy efficiency. So, Light weight of member structures is necessary for the high performance and various functions. In this study, the CFRP flat and circular member was manufactured by CFRP prepreg sheet in autoclave. Carbon FRP is an anisotropy material whose mechanical properties change with its fiber orientation angle, so this study apply to the effects of the fiber orientation angle on the bending characteristics of the member. Each CFRP flat and circle are compared by strength and stiffness.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 탄소 복합재료의 적층 각도에 따른 굽힘 특성을 알기위하여 기본적인 CFRP 굽힘 시편(Laminate)을 제작하여 굽힘 특성을 평가하고 CFRP가 구조부재로서 형상을 가질 때 굽힘 특성을 예측하고자 한다. 형상을 가진 CFRP 구조부재는 적층각도에 다른 원형 튜브형으로 제작하여 굽힘 특성을 평가하였다.

제안 방법

I) 굽힘 지그의 지 지단은 자유 고정, 하중단(Node Span)은 완전 고정으로 하였다. 굽힘지그를 만능재료시험기(UTM)에 로드셀과 엑추에이터 사이에 설치를 하며 하중단은 시편의 정 중앙에 위치하고 굽힘 시편은 5mm/min, lOmm/min으로 정적 굽힘 실험을 하였다. 본 실험에 앞서 CFRP원형 튜브와 같은 구조부재에 대한 굽힘 시험은 ASTM에 명시 되어 있지 않다.
그래서 기존의 ASTM 규격에 따라 원형 튜브를 굽힘 실험 할 경우 굽힘 응력이 외에 응력집중으로 쉽게 파단 되어 굽힘력의 정확한 수치를 얻어낼 수 없다. 그리하여 응력집중이 일어나 않고 원만한 굽힘이 작용할 수 있도록 원형 튜브에 맞는 굽힘 지그를 새로이 제작하였다. 새로운 굽힘 지그가 기존의 굽힘 지그보다 굽힘력을 효과적으로 얻어 낼 수 있는지 알아보기 위해 두 종류의 굽힘 지그에 동일한 시편으로 실험하여 CFRP 원형 튜브를 위한 굽힘 지그의 정당성을 나타내고 CFRP 굽힘 시편과 CFRP 원형 튜브 시편을 각 지그에서 굽힘 실험 한 후 UTM에서 얻어진 응력-변위 선도를 측정하여 각 시편의 특성을 평가하였다.
반경이 30mm인 2개의 지지단과 반경이 5mm 인 하중 단을 가진 굽힘 장치는 제작하고 (Fig. I) 굽힘 지그의 지 지단은 자유 고정, 하중단(Node Span)은 완전 고정으로 하였다. 굽힘지그를 만능재료시험기(UTM)에 로드셀과 엑추에이터 사이에 설치를 하며 하중단은 시편의 정 중앙에 위치하고 굽힘 시편은 5mm/min, lOmm/min으로 정적 굽힘 실험을 하였다.
그리하여 응력집중이 일어나 않고 원만한 굽힘이 작용할 수 있도록 원형 튜브에 맞는 굽힘 지그를 새로이 제작하였다. 새로운 굽힘 지그가 기존의 굽힘 지그보다 굽힘력을 효과적으로 얻어 낼 수 있는지 알아보기 위해 두 종류의 굽힘 지그에 동일한 시편으로 실험하여 CFRP 원형 튜브를 위한 굽힘 지그의 정당성을 나타내고 CFRP 굽힘 시편과 CFRP 원형 튜브 시편을 각 지그에서 굽힘 실험 한 후 UTM에서 얻어진 응력-변위 선도를 측정하여 각 시편의 특성을 평가하였다.
섬유 복합재료 CFRP를 원형과 같은 간단한 형태의 구조부재로 제작하였을 때 적층 각도에 따른 굽힘 특성을 알아보고 자원형 튜브 굽힘 실험에 맞는 굽힘 장치를 새로이 제작하고 굽힘 시편과 함께 굽힘 특성을 비교 분석하였다.
때 굽힘 특성을 예측하고자 한다. 형상을 가진 CFRP 구조부재는 적층각도에 다른 원형 튜브형으로 제작하여 굽힘 특성을 평가하였다.

대상 데이터

연구가 진행되고 있다. 여기에 치수 안정성, 물성의 불변성, 고강도 및 고강성도, 내부식성 등 많은 장점을 가지는 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)를 적용하였다(1).

성능/효과

(1) 새로운 굽힘 지그가 기존의 굽힘 지그보다 하중이 최소 19.23%, 최대 51.95%으로 높게 나왔다. 이는 새로운 굽힘 지그가 굽힘 하중이 효율적으로 적용되었다고 알 수 있다.
(4) 0°으로 제작된 굽힘 시편의 강도는 다른 시편보다 좋은 강도를 가지고 있었나 튜브모양으로 제작 할 경우 그 반대의 결과가 나타났다. 구조부재 형태로 제작 할 경우 수직 면과 평형 면에 각각 좋은 강도를 얻어야 전반적인 좋은 강도를 얻을 수 있다는 것을 나타났다.
나타났다. 구조부재 형태로 제작 할 경우 수직 면과 평형 면에 각각 좋은 강도를 얻어야 전반적인 좋은 강도를 얻을 수 있다는 것을 나타났다.
2에 나타내 었다. 그래프에서 보는 것과 같이 새로운 굽힘 지그가 기존의 굽힘 지그보다 하중이 최소 19.23%, 최대 51.95% 으로 높게 나왔다. 이는 기존은 굽힘 지그보다 새로운 굽힘 지그가 응력집중이 많이 감소하고 굽힘력이 효율적으로 측정되었다고 증명하였다.
5). 이렇게 수직면과 평형면에 복합적으로 작용되어야 좋은 강도를 얻을 수 있다는 것을 나타났다.

참고문헌 (15)

Kim, J. H., Jeong, J. Y., Bang, J. M., Kim, J. H., and Yang, I. Y., 2009. "Characteristics of CFRP Structure of Bending Strength and Rigidity According to Stacking Orientation Angle." AJSE, Vol. 34, No. 1C, pp. 21-27.
Kim, J. H., Yang, Y. J., Im, K. H., Yang, I. Y., and Kim, J. H., 2007, "Characteristics of Bending According to Stacking Sequence for Hybrid Circular Members", International Conference on Smart Materials and Nanotechnology in Engineering, Vol. 6423, pp. 642345-1.
Kim, J. H., Kim, J. H., Cha, C. H., and Yang, I. Y., 2008, "Bending Characteristics of CFRP & Hybrid Shaped Hat Structure Member According to Stacking Orientation Angle." KSMTE, Vol. 17, No. 3, pp. 34-39.
Yang, I. Y., Kim, J. H., and Kim, J. H., 2008, "The Characteristics of Flexure Strength and Rigidity in Light-Weight CFRP Members", KSPE, Vol. 25, No. 11, pp. 95-99.
Sim, J. K., Yang, I. Y., and Oh, T. Y., 1993, "Impact Damage and Residual Bending Strength of CFRP Composite Laminates Involved Difference of Fiber Stacking Orientation and Metrics," KSPE, Vol.10, No.4, pp. 152-162.
Lee, K. S., and Yang, I. Y., 2006, "Influence of Stacking Conditions on the Collapse Characteristics of CFRP Side Member," KSMTE spring conference, Vol. 20, No. 5, pp. 397-402.
Song, K. H., 2006, "The Mechanical Properties of CFRC under High Temperature," Korean Journal of materials Research, Vol.11, No.4, pp. 258-265.
Shin, K. C., Lee, J., Kim, K. H., Song, M. C., and Huh, J. H., 2006, "Axial Crush and Bending Collapse of an Aluminum/GFRP Hybrid Tube and Its Energy Absorption Capability," Composite structure, Vol. 57, Issue 1-4, pp. 279-287.
Mamalis, A. G., Manolakos, D. E., Ioannidis, M. B., and Papapostolou, D. P., 2004, "Crash Worthy Characteristics of Axially Statically Compressed Thin-Walled Square CFRP Composite Tube : Experimental," Composite structure, Vol. 63, Issue3-4, pp. 347-360.
Lee, S. H., Kim, C. W., and Choi, N. S., 2006, "Bending Collapse Behaviors and Energy Absorption Characterisitics of Aluminum-GFRP Hybrid Tube Beams," Key engineering materials, Vol. 326-328, pp. 1825-1828.

상세보기
Almir, B. S., Santos, N., and Lebre, C. L., 2007, "Flexural Stiffness Characterization of Reinforced Plastic(FRP) Postured Meams," Composite structures, Vol. 81, pp. 247-282.
Namgung, C., Kim, D. S., and Lee J. H., 2007, "A Study on the Bending Process of Glass Fiber Reinforced Thermoplastic Composite," Proc. of KSPE spring conference, pp. 513-517.
Designation: C 1161-02C, 2002, Standard Test Method for Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature, PA 19428-2959, United States.
Designation: C 1341-00, 2000, Standard Test Method for Flexural properties of Continuos Fiber-Reinforced Advanced Ceramics, PA 19428-2959, United States.
Designation: D 6272-02, 2002, Standard Test Method for Flexural properties of Unreinforced Plastics and Electrical Insulating Materials by Four-Point Bending, PA 19428-2959, United States.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증