본 논문에서는 첨단복합재의 볼트단일접합 베어링강도에 대한 시험적 평가 결과를 수록하였다. 볼트단일접합 시험은 stabilized 접합과 unstabilized 접합에 대하여 수행하였다. Stabilized 접합은 접합부 면외회전을 제한하는 접합이다. Unstabilized 접합은 면외변위를 제한하지 않는 접합이다. 볼트 단일접합에서 적층판의 베어링강도 값은 적층판 내 적층각 $0^{\circ}$, $+45^{\circ}$, $-45^{\circ}$ 및 $90^{\circ}$ 비율에 영향이 없음을 보여준다. 볼트접합부 면외거동의 영향으로 unstabilized 볼트 단일접합 베어링 강도값이 stabilized 볼트 단일접합 베어링 강도값 보다 작음을 보여주고 있다. 본 논문에 사용된 복합재료는 $177^{\circ}C(350^{\circ}F)$에서 경화되는 Carbon/Epoxy UD Tape 프리프레그이다. 표준각 $0^{\circ}$, $+45^{\circ}$, $-45^{\circ}$ 및 $90^{\circ}$ 층으로 적층된 8종류의 적층판에서 총 112개 볼트단일접합 시험시편을 구성하였다. Stabilized 접합과 unstabilized 접합의 시험방법은 ASTM-D-5961M 규정을 사용하였다.
본 논문에서는 첨단복합재의 볼트단일접합 베어링강도에 대한 시험적 평가 결과를 수록하였다. 볼트단일접합 시험은 stabilized 접합과 unstabilized 접합에 대하여 수행하였다. Stabilized 접합은 접합부 면외회전을 제한하는 접합이다. Unstabilized 접합은 면외변위를 제한하지 않는 접합이다. 볼트 단일접합에서 적층판의 베어링강도 값은 적층판 내 적층각 $0^{\circ}$, $+45^{\circ}$, $-45^{\circ}$ 및 $90^{\circ}$ 비율에 영향이 없음을 보여준다. 볼트접합부 면외거동의 영향으로 unstabilized 볼트 단일접합 베어링 강도값이 stabilized 볼트 단일접합 베어링 강도값 보다 작음을 보여주고 있다. 본 논문에 사용된 복합재료는 $177^{\circ}C(350^{\circ}F)$에서 경화되는 Carbon/Epoxy UD Tape 프리프레그이다. 표준각 $0^{\circ}$, $+45^{\circ}$, $-45^{\circ}$ 및 $90^{\circ}$ 층으로 적층된 8종류의 적층판에서 총 112개 볼트단일접합 시험시편을 구성하였다. Stabilized 접합과 unstabilized 접합의 시험방법은 ASTM-D-5961M 규정을 사용하였다.
This paper presents the bearing strength for laminates in advanced composite materials in bolted joints. Bolted single lap joint tests were experimentally investigated with respect to stabilized and unstabilized lap joints. Stabilized bolted single lap joints refer to joints with out-of-plane rotati...
This paper presents the bearing strength for laminates in advanced composite materials in bolted joints. Bolted single lap joint tests were experimentally investigated with respect to stabilized and unstabilized lap joints. Stabilized bolted single lap joints refer to joints with out-of-plane rotational constraints. Unstabilized bolted single lap joints refer to joints with absence of out-of-plane deflection constraints. The bearing strength values of laminates in the bolted joint showed that the percentages of ply angle for 0, 45, -45, and 90 degrees were not affected. The bearing strength value in the unstabilized bolted joint was smaller than the bearing strength value in the stabilized bolted joint because of the influence of the out-of-plane behavior. The composite material studied in this paper is a carbon/epoxy unidirectional (UD) tape prepreg cured at $177^{\circ}C(350^{\circ}F)$. In the laminate reference system, the standard angles of 0, 45, -45, and 90 degrees were used for ply orientation within the laminate. A total of 112 bolted single lap joint tests were conducted on specimens from eight distinct laminates. The ASTM-D-5961M standards were adhered to for the stabilized and unstabilized bolted single lap joint tests.
This paper presents the bearing strength for laminates in advanced composite materials in bolted joints. Bolted single lap joint tests were experimentally investigated with respect to stabilized and unstabilized lap joints. Stabilized bolted single lap joints refer to joints with out-of-plane rotational constraints. Unstabilized bolted single lap joints refer to joints with absence of out-of-plane deflection constraints. The bearing strength values of laminates in the bolted joint showed that the percentages of ply angle for 0, 45, -45, and 90 degrees were not affected. The bearing strength value in the unstabilized bolted joint was smaller than the bearing strength value in the stabilized bolted joint because of the influence of the out-of-plane behavior. The composite material studied in this paper is a carbon/epoxy unidirectional (UD) tape prepreg cured at $177^{\circ}C(350^{\circ}F)$. In the laminate reference system, the standard angles of 0, 45, -45, and 90 degrees were used for ply orientation within the laminate. A total of 112 bolted single lap joint tests were conducted on specimens from eight distinct laminates. The ASTM-D-5961M standards were adhered to for the stabilized and unstabilized bolted single lap joint tests.
본 논문은 빌딩블락접근법(building block approach)(3)에 의거 수행한 볼트 단일접합 강도의 시험적 평가 결과를 수록하였다. 볼트단일접합 시편의 면 외 거동을 제한하는(stabilized) 시험과 제한하지 않는(unstabilized) 시험을 수행하여 볼트 단일접합 강도를 평가하였다.
가설 설정
복합재료 적층판의 거동은 파손까지 선형탄성으로 가정한다. 적층판 자체의 응력-변형도 거동의 모든 비선형성은 무시된다.
제안 방법
에 의거 수행한 볼트 단일접합 강도의 시험적 평가 결과를 수록하였다. 볼트단일접합 시편의 면 외 거동을 제한하는(stabilized) 시험과 제한하지 않는(unstabilized) 시험을 수행하여 볼트 단일접합 강도를 평가하였다.
항공기 복합재구조에 주로 사용되는 8개 종류 적층판에서 적층판 당 7개씩 stabilized 볼트단일 접합 시험용 시편 56개 unstabilized 볼트단일접합 시험용 시편 56개 총 112개 시편을 제작하여 시험을 수행하였다.
대상 데이터
본 논문에 사용된 복합재료는 177°C(350°F)에서 경화되는 Carbon/Epoxy UD Tape 프리프레그(Cycom G40-800/5276-1)이며 운용온도 범위는 -51°C~+93°C (-60°F~+200°F) 이다.
이론/모형
시험은 복합재료 기계적 접합 강도를 획득하기 위한 표준시험방법인 ASTM-D-5961에 따라 수행 하였다. 이 시험은 복합재료의 볼트접합 베어링 탄성계수, 베어링 응력, 베어링 변형률, 베어링 응력-변형률 특성, 베어링 강도를 획득하는데 적용된다.
성능/효과
볼트단일접합의 극한 베어링 강도값은 각 적층 판별 편차가 약 5% 이내이고, 1.5배 제한 베어링 강도값 편차는 최대 7%로서 적층판의 적층각 0°, +45°, -45° 및 90° 비율이 적층판의 베어링 강도에 영향이 없음을 보여주고 있다. 이러한 이유로 항공기 복합재 구조설계에 사용되는 첨단 탄소섬유 복합재료 적층판의 베어링 강도값은 전체 적층각에 대한 베어링강도의 평균값을 사용한다.
예상되는 대로 unstabilized 볼트단일접합 베어링 강도값이 stabilized 볼트단일접합 베어링 강도 값보다 작게 측정되었다. 이는 파손하중 근처에서 체결부의 굽힘현상 발생으로 베어링 파손모드에 패스너에 의한 파손모드가 영향을 크게 주었기 때문이라 판단한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
첨단 복합재료란 무엇인가
첨단 복합재료는 높은 비강도(specific strength)와 비강성(specific stiffeness)을 갖는 탄소섬유강화 복합재료(carbon fiber reinforced composite material) 를 의미한다. 첨단복합재료가 소개되면서 선진 항공사에서는 본격적으로 항공기의 1차 구조물에 CFRP(carbon fiber reinforced plastic)를 적용하였다.
표준시험방법인 ASTM-D-5961는 복합재료의 무엇을 측정할 수 있는가
시험은 복합재료 기계적 접합 강도를 획득하기 위한 표준시험방법인 ASTM-D-5961에 따라 수행 하였다. 이 시험은 복합재료의 볼트접합 베어링 탄성계수, 베어링 응력, 베어링 변형률, 베어링 응력-변형률 특성, 베어링 강도를 획득하는데 적용된다. 시험시편에 하중을 가하여 시편이 완전하게 두 개로 파손되거나, 하중이 최대하중의 30%까지 떨어질 때까지 변위(변형률)와 시편에 가해지는 하중을 기록한다.
본 논문에서는 어떠한 시험을 바탕으로 볼트 단일접합 강도를 평가하였는가
본 논문은 빌딩블락접근법(building block approach)(3)에 의거 수행한 볼트 단일접합 강도의 시험적 평가 결과를 수록하였다. 볼트단일접합 시편의 면 외 거동을 제한하는(stabilized) 시험과 제한하지 않는(unstabilized) 시험을 수행하여 볼트 단일접합 강도를 평가하였다.
참고문헌 (5)
Roberts, T., 2006, "The Carbon Fibre Industry: Global Strategic Market Evaluation 2006-2010," Chapter 7.
MIL-HDBK-17, 2002, "Composite Materials Handbook," Volume 3, Revision F.
ASTM-D-5961D/D5961M-13, 2013, "Standard Test Method for Bearing Response of Polymer Matrix Composite Laminates".
Amit Yeole, 2006, "Experimental Investigation and Analysis for Bearing Strength Behavior Composite Laminates," Wichita University, College of Engineering, Dept. of Mechanical Engineering.
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