소형 복합재료 프로펠러를 제작하기 위한 기존의 알루미늄 몰드를 복합재료 몰드로 대체하기 위한 타당성 연구를 수행하였다. 소형 알루미늄 프로펠러의 세 날개는 복합재료 몰드를 만들기 위해 플러그로서 사용되었다. GRPG 복합재료 몰드와 프로펠러는 실내온도에서 압축과 진공법을 이용하여 불포화된 폴리에스테르 수지, Epovia 겔코트, 우븐과 매트 유리 섬유 등으로 만들어졌다. 표면의 경도와 거칠기, 압축과 흡입 몰드에 의한 강도와 변형은 실험에 의해 결정되었다. 결과는 ISO 484/2 규격과 몇몇의 알루미늄 합금과 비교되었다. 결과로부터 몰드의 변형은 날개 두께에 관한 공차를 만족하는 것을 알 수 있었다. GRPG 복합재료 몰드의 몇 가지 특징은 알루미늄 합금 몰드보다 좋았으며(표면의 매끈함, 중량, 작동 능력과 비용), 다른 몇 가지 특징들은 비슷하였다(분리 능력과 라이프 사이클). 결과적으로 복합재료 몰드는 소형 복합재료 선박 프로펠러를 만들기에 적합한 것을 알 수 있었다.
소형 복합재료 프로펠러를 제작하기 위한 기존의 알루미늄 몰드를 복합재료 몰드로 대체하기 위한 타당성 연구를 수행하였다. 소형 알루미늄 프로펠러의 세 날개는 복합재료 몰드를 만들기 위해 플러그로서 사용되었다. GRPG 복합재료 몰드와 프로펠러는 실내온도에서 압축과 진공법을 이용하여 불포화된 폴리에스테르 수지, Epovia 겔코트, 우븐과 매트 유리 섬유 등으로 만들어졌다. 표면의 경도와 거칠기, 압축과 흡입 몰드에 의한 강도와 변형은 실험에 의해 결정되었다. 결과는 ISO 484/2 규격과 몇몇의 알루미늄 합금과 비교되었다. 결과로부터 몰드의 변형은 날개 두께에 관한 공차를 만족하는 것을 알 수 있었다. GRPG 복합재료 몰드의 몇 가지 특징은 알루미늄 합금 몰드보다 좋았으며(표면의 매끈함, 중량, 작동 능력과 비용), 다른 몇 가지 특징들은 비슷하였다(분리 능력과 라이프 사이클). 결과적으로 복합재료 몰드는 소형 복합재료 선박 프로펠러를 만들기에 적합한 것을 알 수 있었다.
The feasibility of substituting a composite mold for an aluminum mold in the fabrication of a small ship propeller was investigated. A small three-blade aluminum propeller was used as a plug for manufacturing the composite mold. A GRPG composite mold and propeller were made from an unsaturated polye...
The feasibility of substituting a composite mold for an aluminum mold in the fabrication of a small ship propeller was investigated. A small three-blade aluminum propeller was used as a plug for manufacturing the composite mold. A GRPG composite mold and propeller were made from an unsaturated polyester resin, Epovia gelcoat, and woven and mat glass fibers using the compression and vacuum method at room temperature. The hardness and surface roughness and the strength and deformation of the compression and suction molds were experimentally determined. The results were compared with the ISO 484/2 standard and some aluminum alloy materials. The results showed that the deformation of the mold satisfied the tolerance of the thickness of the blade. Some characteristics of the GRPG composite mold were better than those of the aluminum alloy mold (surface smoothness, weight, performance, and cost), and some characteristics were similar (detachment ability and life-cycle). Therefore, the composite mold is considered suitable for the fabrication of a small composite ship propeller.
The feasibility of substituting a composite mold for an aluminum mold in the fabrication of a small ship propeller was investigated. A small three-blade aluminum propeller was used as a plug for manufacturing the composite mold. A GRPG composite mold and propeller were made from an unsaturated polyester resin, Epovia gelcoat, and woven and mat glass fibers using the compression and vacuum method at room temperature. The hardness and surface roughness and the strength and deformation of the compression and suction molds were experimentally determined. The results were compared with the ISO 484/2 standard and some aluminum alloy materials. The results showed that the deformation of the mold satisfied the tolerance of the thickness of the blade. Some characteristics of the GRPG composite mold were better than those of the aluminum alloy mold (surface smoothness, weight, performance, and cost), and some characteristics were similar (detachment ability and life-cycle). Therefore, the composite mold is considered suitable for the fabrication of a small composite ship propeller.
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문제 정의
본 연구에서는 소형 복합재료 프로펠러를 제작하기 위한 기존의 알루미늄 몰드 대신 복합재료 몰드를 사용하기 위하여 소형 알루미늄 합금 프로펠러 모델을 이용하려고 한다. 이 모델로부터 복합재료 몰드를 제작하고 몰드 표면의 경도와 거칠기, 강도와 변형 그리고 몰드의 압축력을 실험으로 측정하려고 한다.
본 연구에서는 소형 복합재료 프로펠러를 제작하기 위한 기존의 알루미늄 몰드를 복합재료 몰드로 대체하기 위한 타당성 검토를 하였다. 소형 알루미늄 합금 프로펠러 모델을 이용하여 복합재료 몰드를 제작하고 강도, 경도, 표면의 거칠기 등 여러 가지 실험을 수행하여 기존의 알루미늄과 비교하고 ISO 규범과 비교하였다.
이 모델로부터 복합재료 몰드를 제작하고 몰드 표면의 경도와 거칠기, 강도와 변형 그리고 몰드의 압축력을 실험으로 측정하려고 한다. 실험결과를 알루미늄과 비교하고 ISO 규격 만족 여부를 검토하여 복합재료 프로펠러 제작을 위한 복합재료 몰드의 적용 가능성을 평가하려고 한다.
제안 방법
4mm 씩 둘로 나누어 수행하였다. 겔코트 레이어가 경화된 후 매트/우븐/매트/우븐 섬유 레이어와 폴리에스테르 수지를 차례로 전체 두께 2.4mm가 되도록 쌓았다. 바깥쪽과 안쪽 실린더 몰드는 비슷한 방법으로 PVC 플라스틱 파이프 플러그를 가지고 2.
알루미늄 프로펠러 모델에 이형제(Poliwax P600)를 도포하고 실내온도에서 압축 및 진공 방법을 이용하여 몰드를 제작하였다. 그리고 이 몰드를 사용하여 같은 조건에서 복합재료 프로펠러를 제작하였다.
복합재료 몰드와 날개 표면의 변형은 제조 방법(dimension error)과 재료의 성질(Epovia gelcoat 와 불포화 폴리에스테르 수지의 경화 과정에서 발생한 수축)에 의해 발생된다. 몰드의 압축 파트가 흡입 표면보다 변형이 크기 때문에 압축 파트의 변형을 검사하였다. 측정은 몰드의 압축면, 알루미늄 프로펠러, 복합재료 프로펠러에서 수행되었고 알루미늄 프로펠러를 기준 샘플로 고려하여 3 개의 선: 1 (near trailing edge), 2 (along max.
몰드의 처짐과 ISO 국제규격의 제한규정(6)을 비교하기 위하여 날개 중심부터 끝까지 최대 두께선을 따라 처짐을 고려하였다. 하지만 날개의 중앙(0.
4mm가 되도록 쌓았다. 바깥쪽과 안쪽 실린더 몰드는 비슷한 방법으로 PVC 플라스틱 파이프 플러그를 가지고 2.4mm(4 layers)와 3mm(5 layers)두께로 매트만으로 만들었다. 이 때 15 분 동안 진공백 공정을 수행하였다.
본 연구에서는 소형 복합재료 프로펠러를 제작하기 위한 기존의 알루미늄 몰드를 복합재료 몰드로 대체하기 위한 타당성 검토를 하였다. 소형 알루미늄 합금 프로펠러 모델을 이용하여 복합재료 몰드를 제작하고 강도, 경도, 표면의 거칠기 등 여러 가지 실험을 수행하여 기존의 알루미늄과 비교하고 ISO 규범과 비교하였다. 그 결과 GRPG 몰드는 알루미늄 합금 몰드와 비교하여 좋은 특성(경량, 탈착 용이, 용이한 제작, 저 비용)들을 가지고 있음을 알 수 있었다.
실험 데이터를 처리하고 평가하여 알루미늄 몰드 또는 규범과 비교하였다.
알루미늄 프로펠러 모델에 이형제(Poliwax P600)를 도포하고 실내온도에서 압축 및 진공 방법을 이용하여 몰드를 제작하였다. 그리고 이 몰드를 사용하여 같은 조건에서 복합재료 프로펠러를 제작하였다.
압축과 흡입 몰드는 굽힘과 변위의 관계를 알기 위해 Fig. 8 의 지지상태에서 최대처짐이 발생할 것으로 예측되는 날개중앙의 굽은 부분(0.6R, R – radius of propeller)에 압축하중을 가하였다.
압축과 흡입 몰드를 이형제(Poliwax P600)로 닦은 후 Epovia 겔코트를 프로펠러 모델(플러그) 표면에 0.8mm 두께로 칠하였다. 이 과정을 각각 0.
8mm 두께로 칠하였다. 이 과정을 각각 0.4mm 씩 둘로 나누어 수행하였다. 겔코트 레이어가 경화된 후 매트/우븐/매트/우븐 섬유 레이어와 폴리에스테르 수지를 차례로 전체 두께 2.
본 연구에서는 소형 복합재료 프로펠러를 제작하기 위한 기존의 알루미늄 몰드 대신 복합재료 몰드를 사용하기 위하여 소형 알루미늄 합금 프로펠러 모델을 이용하려고 한다. 이 모델로부터 복합재료 몰드를 제작하고 몰드 표면의 경도와 거칠기, 강도와 변형 그리고 몰드의 압축력을 실험으로 측정하려고 한다. 실험결과를 알루미늄과 비교하고 ISO 규격 만족 여부를 검토하여 복합재료 프로펠러 제작을 위한 복합재료 몰드의 적용 가능성을 평가하려고 한다.
몰드의 압축 파트가 흡입 표면보다 변형이 크기 때문에 압축 파트의 변형을 검사하였다. 측정은 몰드의 압축면, 알루미늄 프로펠러, 복합재료 프로펠러에서 수행되었고 알루미늄 프로펠러를 기준 샘플로 고려하여 3 개의 선: 1 (near trailing edge), 2 (along max. thickness), 3 (near leading edge) 을 체크하였다. 데이터는 MITUTOYO microscale 로 측정하였다.
표면의 경도와 거칠기, 변위(강도는 제한 공차 조건을 따름), 압축과 흡입 파트의 변형, 두 파트가 합쳐져 압축될 때의 압축력을 알기 위해 몰드를 테스트하였다. 세 개의 시편을 만들어 테스트하였고 평균값을 기록하였다.
을 비교하기 위하여 날개 중심부터 끝까지 최대 두께선을 따라 처짐을 고려하였다. 하지만 날개의 중앙(0.6R)부터 중심까지는 두께가 증가하고 공차도 증가하지만 처짐이 감소하므로 중앙부분부터 날개 끝까지만 측정하였다. 0.
대상 데이터
thickness), 3 (near leading edge) 을 체크하였다. 데이터는 MITUTOYO microscale 로 측정하였다. 테스트 방법과 측정 위치들은 Fig.
복합재료 몰드와 프로펠러를 만들기 위해 불포화 폴리에스테르 수지, Epovia gelcoat 그리고 유리 섬유 (woven 360g/m2 & mat 300g/m2)를 준비하였다.
시편은 경도시험의 경우와 같은 재료의 평판 (60x100x3mm)이다. 거칠기는 MITUTOYO SURFTESTFig301 장비(Fig.
시편은 세 가지 재료; 겔코트 복합재료, Al-1050 그리고 Al-6063-T5 와 함께 BUEHLER 장비로 만들었다. 경도는 MMT-7(Fig.
데이터처리
표면의 경도와 거칠기, 변위(강도는 제한 공차 조건을 따름), 압축과 흡입 파트의 변형, 두 파트가 합쳐져 압축될 때의 압축력을 알기 위해 몰드를 테스트하였다. 세 개의 시편을 만들어 테스트하였고 평균값을 기록하였다.
성능/효과
소형 알루미늄 합금 프로펠러 모델을 이용하여 복합재료 몰드를 제작하고 강도, 경도, 표면의 거칠기 등 여러 가지 실험을 수행하여 기존의 알루미늄과 비교하고 ISO 규범과 비교하였다. 그 결과 GRPG 몰드는 알루미늄 합금 몰드와 비교하여 좋은 특성(경량, 탈착 용이, 용이한 제작, 저 비용)들을 가지고 있음을 알 수 있었다. 따라서 소형 복합재료 선박 프로펠러를 만들기 위해 복합재료 몰드가 충분히 사용 가능한 것을 알 수 있었다.
그 결과 GRPG 몰드는 알루미늄 합금 몰드와 비교하여 좋은 특성(경량, 탈착 용이, 용이한 제작, 저 비용)들을 가지고 있음을 알 수 있었다. 따라서 소형 복합재료 선박 프로펠러를 만들기 위해 복합재료 몰드가 충분히 사용 가능한 것을 알 수 있었다.
실험 결과로부터 GRPG 복합재료의 경도는 역시 몰드로 사용하는 알루미늄 합금 형태들보다 강하였음이 확인되었다(Al-1050 보다 거의 두 배). 즉 복합재료 몰드는 프로펠러 제작에 많은 횟수로 사용될 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
해양 분야와 관련해서 복합재료는 어디에 사용되는가
높은 비 강도, 강성, 하중과 같은 좋은 성질 때문에 복합재료는 항공, 자동차, 소형 선박의 파이프, 풍력 터빈 날개 등과 같은 많은 분야에서 사용되고 있다. 해양 분야와 관련하여 복합재료는 선체, 갑판, 칸막이 벽 그리고 배의 프레임 등에 주로 사용된다. 특히 그것들은 프로펠러와 배의 방향타 같은 다른 중요한 장비에도 적용된다.
프로펠러가 금속물질에서 복합재료로 대체된 이유는 무엇인가
많은 해상용 프로펠러들은 청동이나 강철과 같은 금속물질로 만들어지고 있다. 최근 프로펠러를 금속에서 섬유강화 플라스틱 복합재료로 대체하여 사용하고 있는데 복합재료 프로펠러의 장점은 더 가볍고 내부식성이 있다는 것이다. 다른 중요한 장점은 복합재료 프로펠러의 변형이 그 성능을 개선시키기 위해 제어될 수 있다는 점이다. (2) 원하는 형상을 얻기 위하여 금속 프로펠러는 캐스팅과 밀링 방법을 이용하여 만들어지지만 복합재료 프로펠러는 오직 캐스팅법으로만 만들어진다.
복합재료가 다양한 분야에 사용되는 이유는 무엇인가
높은 비 강도, 강성, 하중과 같은 좋은 성질 때문에 복합재료는 항공, 자동차, 소형 선박의 파이프, 풍력 터빈 날개 등과 같은 많은 분야에서 사용되고 있다. 해양 분야와 관련하여 복합재료는 선체, 갑판, 칸막이 벽 그리고 배의 프레임 등에 주로 사용된다.
참고문헌 (6)
Carlton, J., 2007, "Marine Propeller and Propulsion," Second edition, Global Head of Marine Technology and Investigation, Lloyd's Register.
Lin, C.-C., Lee, Y.-J., Hung, C.-S., 2009, "Optimization and Experiment of Composite Marine Propellers," Composite Structures 89, pp. 206-215.
Molland A.F. and Turnock, S.R., 1991, "The Design and Construction of Model Ship Propeller Blades in Hybrid Composite Materials," Composite Manufacturing, Vol. 2, pp. 39-47.
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