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접합된 CFRP로 구성된 Mode I형 시험편 크랙의 파괴 거동 해석
Fracture Behaviour Analysis of the Crack at the Specimen with the Type of Mode I Composed of the Bonded Carbon Fiber Reinforced Plastic 원문보기

Composites research = 복합재료, v.28 no.6, 2015년, pp.356 - 360  

이정호 (Department of Mechanical Engineering, Graduate School, Kongju University) ,  조재웅 (Division of Mechanical and Automotive Engineering, Kongju University) ,  전성식 (Division of Mechanical and Automotive Engineering, Kongju University) ,  국정한 (School of Mechanical Engineering, Korea University of Technology and Education)

초록
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본 논문에서는 복합재료 접합부의 파손거동 예측을 위해 CFRP를 DCB 형태로 가공하여 Mode 1 정적해석을 수행하였다. 시편은 각각 25 mm, 30 mm, 35 mm, 40 mm의 4가지 경우로, 방향성을 지니지 않은 탄소섬유의 물성치를 이용하였다. Model 1 해석을 통해 나온 결론으로는 25 mm에서 낮은 힘으로 가장 늦게 접착부에서 떨어지는 것을 볼 수 있었으며 40 mm에서 가장 높은 힘이 발생하였다. 접합부의 접착계면 탈락은 25 mm의 시험편 두께에서 9.75 mm로 가장 느리게 나타났으며 40 mm의 시험편 두께에서 7.82 mm로 가장 빠르게 나타난 것을 볼 수 있었다. 이 탈락은 시험편의 파괴에 의한 것이다. 접착계면의 탈락과 이에 따른 반력에 관한 본 연구 결과는 CFRP의 안전한 구조설계에 이바지할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, the carbon fiber reinforced plastic is processed as the double cantilever beam in order to estimate the fracture behavior of composite and is carried out with the static analysis as the mode I. The specimen sizes are 25 mm, 30 mm, 35 mm and 40 mm. And the material property is used wit...

주제어

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문제 정의

  • 본 논문에서는 접합된 CFRP Mode 1 크랙의 역학적 거동에 관하여 시뮬레이션 해석을 통해 결과를 도출하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현대산업의 특성은 어떠한가? 현대산업의 특성은 고 효율성을 중시하며 고 강도와 경량성을 동시에 요구하고 있다. 이에 따라 과거 단일 금속재료의 위치를 점차 복합재료의 사용이 증가하고 있는 추세이다.
파괴에 있어, CFRP의 파손 메커니즘이 접근이 쉽지 않았던 이유는? 더불어, 오랜 기간동안 사용되어온 금속재료와 달리 사용 역사가 짧은 CFRP는 주로 기계적 특성향상에 대한 연구만 진행되어 왔을 뿐이라, 접합및 파손에 관한 연구가 상대적으로 부족한 실정이다. 파괴에 있어, CFRP의 파손 메커니즘은 상당히 복잡하고 다양 하여 연구에 관한 접근이 쉽지 않았다[9,10]. 이러한 연구 실정에 의해 비강도, 비강성이 우수하여 널리 사용되고 있는 CFRP접합구조물의 경우 그 유용성에도 불구하고 피로 파괴에 대한 예측이 어려운 난제로 인해 데이터가 부족한 것이 현재의 실정이다.
탄소섬유 프리 프레그를 적층한 CFRP의 문제점은? [1-3] 이런 소재 중 탄소섬유 프리 프레그를 적층한 CFRP는 가장 조명 받고 있는받고 있는 소재로, 고강도와 경량성을 특징으로 항공과 레저, 방산에 걸쳐 모든 산업에 광범위하게 사용되고 있다. 하지만 성형성이 떨어져 부분으로 조립되어 사용되고 있지만 기존의 볼트와 너트, 리벳을 이용한 기계식 접합방식을 사용하게 되면 체결압력에 의한 크랙발생으로 인한 내구성 저하의 원인이 된다. 이런 문제를 해결하기 위해 접착체를 이용한 화학적 접합방식이 폭넓게 사용되고 있다[4-8].
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참고문헌 (10)

  1. Boang, S.O., Kim, K.S., Kim, S.H., Song, S.G., and Cho, J.U., "Study on Compression Test of Aluminum Foam and Honeycomb Sandwich Composites", Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, Vol. 12, No. 9, pp. 3802-3807, 2011. 

  2. Blackman, B.R.K., Hadavinia, H., Kinloch, A.J., Paraschi, M., and Williams, J.G., "The Calculation of Adhesive Fracture Energies in Mode I: Revisiting the Tapered Double Cantilever Beam (TDCB) Test", Engineering Fracture Mechanics, Vol. 70, No. 2, pp. 233-248, 2003. 

  3. De. Giorgi, M., Carofalo, A., Dattoma, V., Nobile, R., and Palano, F., "Aluminum Foams Structural Modelling," Computers & Structures, Vol. 88, Issues 1-2, pp. 25-35, 2010. 

  4. Shin, K.B. and Koo, D.H., "A Study on the Evaluation of the Failure for Carbody Structures Made of Laminated Fiber-reinforced Composite Materials Using Total Laminate Approach", Korean Society for Composite Materials, Vol. 17, No. 1, pp. 18-28, 2004. 

  5. Blackman, B.R.K., Dear, J.P., Kinloch, A.J., MacGillivray, H., Wang, Y., Williams, J.G., and Yayla, P., "The Failure of Fibre Composites and Adhesively Bonded Fibre Composites under High Rates of Test Part III Mixed-mode I/II and Mode II Loadings", Journal of Materials Science, Vol. 31, No. 17, pp. 4467-4477, 1996. 

  6. Hashemi, S., Kinloch, A.J., and Williams, J.G., "The Analysis of Interlaminar Fracture in Uniaxial Fibre-polymer Composites", Proc. R. Soc. Lond. Vol. 427, No. 1872, pp. 173-199, 1990. 

  7. Paul, A. and Ramamurty, U., "Strain Rate Sensitivity of a Closed-cell Aluminum Foam", Materials Science and Engineering: A, Vol. 281, Issues 1-2, pp. 1-7, April, 2000. 

  8. Mohamed, M., Anandan, S., Huo, Z., Birman, V., Volz, J., and Chandrashekhara, K., "Manufacturing and Characterization of Polyurethane Based Sandwich Composite Structures", Composite Structures, Vol. 123, pp. 169-179, 2015. 

  9. Marzi, S., Biel, A., and Stigh, U., "On Experimental Methods to Investigate the Effect of Layer Thickness on the Fracture Behavior of Adhesively Bonded Joints," International Journal of Adhesion and Adhesives, Vol. 31, No. 8, pp. 840-850, 2011. 

  10. Jung, J.W., Kim, S.H., Park, J.K., and Lee, W.I., "Research ofn the Development of the Properties of PLA Composites for Automatic Interior Parts," Korean Society for Composite Materials, Vol. 24, No. 3, pp. 1-5, 2011. 

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