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제안 방법
- 2D FEM 모델은 시험치구와 패스너를 RBE(Rigid Body Element) 요소을 이용하여 시험 전체 모델을 구성하였으며, 3D FEM 모델은 시험편 및 패스너 접촉조건(Contact Condition)을 적용하여 구성하였다[10,11].
- A, B에 대하여 상세한 치구설계 모델을 제시, 시험 결과에 대한 분석, 점진적 파손해석 및 적층판 파손이론을 이용한 유한요소법, 상세한 2D, 3D FEM 모델을 제시하여 시험 설계 - 결과 예측 - 시험 결과의 비교·분석에 대하여 전체 과정을 검토하고자 한다.
- Proc. A, B에 대하여 주요 인자를 적용할 수 있는 상세한 시험치구 설계 모델을 제시하고 적용하였다.
- DS(Double Shear) Test의 결과는 모든 적층 패턴에 대하여 베어링 파손(B1I)으로 나타났으며 파손 특성은 Fig. 5에서와 같이 최대 베어링 강도에서 파손 후 점진적 베어링 파손이 진행되었다.
- 각 시험편에 대한 시험 결과는 3가지 파손모드 (단일 적층판 베어링 파손, 양쪽 적층판 베어링 파손, 적층판 베어링 파손 및 패스너 복합파손)로 분류되어 나타났으며 ASTM D5961 11.5에 따라 구분된 3자리 파손코드와 이미지는 Fig. 4와 같다.
- 복합재료 적층판의 강도변화, 체결방식 그리고 패스너 종류와 같은 주요 변수에 대하여 베어링 강도를 평가하기 위해 Table 1과 같이 시험 계획을 구성하였으며, 개별 시험편의 정보는 Table 1에서 Test ID로 표시하였다. 체결에 사용된 패스너 정보 및 물성은 Table 2와 같다.
- 시험 결과를 분석하기 위해 2D, 3D FEM 모델을 제시하였으며, 주요 파손모드에 대하여 점진적 파손해석 기법 및 파손이론을 적용하여 분석하였다.
- 적용된 FEM 모델 및 해석기법으로 Double Shear Test는 최대 15% 상대오차, Unstabilized Single Shear Test는 최대 30% 상대오차로 비교 및 분석하였다. 해석에 적용된 파손이론은 해석결과값에 주요한 차이를 나타냈으며 적층판 파손이론 중 Max.
- 적층판 기계적 체결부의 해석을 위해 체결방식(Double/Single Shear)에 따른 FEM(Finite Element Method) 모델을 시험 경계(L/BCs, Load and Boundary Conditions)조건을 반영하여 Fig. 10~13과 같이 구성하였다.
- 절차 A(Double Shear Test)와 시험 주요 변수인 패스너 체결 토크, 베어링 변형률을 측정하기 위해 Fig. 1과 같이 시험치구를 설계하였으며 Fig. 2와 같이 적용하였다. 패스너 체결 토크는 토크 부싱 및 와셔를 통하여 시험편에 전달할 수 있다.
- 패스너 체결 토크는 토크 부싱 및 와셔를 통하여 시험편에 전달할 수 있다. 절차 B(Unstabilized Single Shear Test)를 수행하기 위해 Fig. 3과 같이 베어링 변형률을 측정하기 위한 보조 치구를 적용하였다[7]. 하중, 변형률, 변위는 MTS 810 시험기를 통하여 측정하였으며 시험 결과 및 분석에 사용되는 주요 변수에 대한 정의는 아래와 같다.
- 3과 같이 베어링 변형률을 측정하기 위한 보조 치구를 적용하였다[7]. 하중, 변형률, 변위는 MTS 810 시험기를 통하여 측정하였으며 시험 결과 및 분석에 사용되는 주요 변수에 대한 정의는 아래와 같다.
이론/모형
- 해석에 사용된 라미나(Lamina)의 기계적 물성은 Table 4에 나타나 있으며, 체결부 해석을 위해 MSC Patran/Nastran Sol. 400 비선형 해석기법이 적용되었다[14]. 최대 체결 강도를 예측 및 비교하기 위해 주요 적층판 파손이론(Max.
- Strain, Tsai-Wu)과 점진적 파손해석(Progressive Failure Analysis, PFA) 기법을 이용하여 파손해석을 수행하였다. 시험편 파손 특성을 고려하여 Immediate/Gradual 물성저하 모델을 PFA에 각각 적용하였다.
- 400 비선형 해석기법이 적용되었다[14]. 최대 체결 강도를 예측 및 비교하기 위해 주요 적층판 파손이론(Max. Stress, Max. Strain, Tsai-Wu)과 점진적 파손해석(Progressive Failure Analysis, PFA) 기법을 이용하여 파손해석을 수행하였다. 시험편 파손 특성을 고려하여 Immediate/Gradual 물성저하 모델을 PFA에 각각 적용하였다.
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