대상 데이터

• 구조해석에 사용된 모델은 T-빔(Beam)으로, Fig. 3와 같다. 전통적인 방식으로 제조되는 T-빔은 별도의 접합부가 없지만 본 연구에서 사용한 모델은 두 파트(part)를 만든 뒤 다시 접착하는 방식을 사용하기 때문에 접합부를 포함하고 있다.
• 후)적층복합 재료">적층복합재료 T-빔의 모델링을 수행 후, 구조해석을 통하여 굽힘-비틀림 하중 하에서의 파손기준(failure criteria) 을 평가한다. 쉘(shell) 요소를 사용하였으며, 생성된 절점(node)과 요소(element) 수는 각각 2912 및 1893 개이다. 셀 모델은 사각형 플레이트 두 개가 결합된 형상이기 때문에 구조가 매우 단순하기 때문에 요소망도 일정한 크기와 모양으로 생성이 후)접착 필름(LF501,">접착필름(LF501, 무한카본, 한국)의 물성은 업체에서 제공하는 카달로그를 참조하였다.
• 해석을 위해서는 복합재료와 접착제의 물성이 모두 필요하며, 해당 물성들은 Table 1에 나타내었다. 탄소섬유가 일방향 배열된 매트(CFW 73, 한국카본, 한국)를 시험규격에 따라 적층한 뒤 진공 인퓨전 성형공정을 이용하여 수지를 주입 후 경화시켜 복합재료를 제조하였으며, 제조 설비의 구성은 Fig. 2와 같다. 최종 제품은 프리폼에 수지를 주입하는 방식을 사용하여 제조하기 때문에 인퓨전

  이론/모형

  • 그 후, 기계적 특성평가를 수행하여 탄소섬유/비닐에스터 복합재료의 기계적 물성을 구하였다. 기계적 시험은 인장, 압축 및 면간전단시험(interlaminar shear test)을 수행하였으며, 사용규격은 각각 ASTM D3039, D3410 및 D5379이다. 파손기준은">3(c)). 파손기준은 최대 주응력 (Maximum stress), 최대 변형률(Maximum strain), Tsai-Wu, Tsai-Hill 및 Puck 이론이 사용되었다.

    성능/효과

    • 후)최대 응력을">최대응력을 나타낸 것이다. Case 1은 섬유가 균일하게 분포하는 경우, Case 3는 최적화된 섬유비율로 해석한 결과이며, 5번 플라이에 걸리던 높은 응력이 다른 플라이로 분산되면서 최대 응력이 약 12.3% 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 1, 2, 3번 플라이의 경우 4, 5번 플라이에 비하여 낮은 응력을 보였는데, 이는 복합하중에 의해 발생한 굽힘하중에 의한 것으로 생각된다.
    • 후)상대적으로">상 대적으로 낮게 발생하는 ply는 분석에서 제외하여 데이터를 쉽게 확인할 수 있도록 하였다. 각 플라이에서 발생한 응력이 낮을수록 다른 플라이로 응력이 잘 분산되었음을 의미하며, 각 플라이 중에서 최대응력이 걸리는 플라이가 가장 파손될 가능성이 높기 때문에, 최대응력이 줄어들 경우 강도가 향상되었다고 할 수 있다. 우선 Pi plate와 Vertical plate를 후)섬유비율이">섬유 비율이 과도한 차이를 보일 경우 특정 하중에 대하여 취약할 것으로 예상되어, 최대 4:1로 정하였으며, 향후 파라메트릭 연구를 통하여 더욱 정교한 비율을 선정하는 것이 필요하다. 빔 구조물에서는 하중의 전달방향이 빔의 길이방향이므로, 길이방향의 물성을 보강하는 것이 빔 자체의 강도를 향상시키는데 효과적일 것으로 예상되었다.
    • 후)해석 결과,">해석결과, 대부분의 응력이 고정단 부근에서 크게 나타남을 확인할 수 있으며, 특히 Pi plate에서는 1, 5번 플라이, Pi support에서는 4, 5번 플라이에서 높은 응력이 나타났다. 이는 T-빔의 구조에 따라서 각각의 플라이에 작용하는 하중이 다르며, 하중을 적절하게 분산시킬 경우 T-빔의 강도를 향상시킬 수 있음을 의미한다.
    • 후)제시하는 데">제시하는데 도움이 된다. 해석을 통하여, 빔의 길이방향 섬유의 밀도가 수직방향에 비하여 두 배 높을 때 강도가 가장 크게 향상됨을 확인할 수 있었으며, 하중조건을 변화시켜도 선정한 섬유의 비율이 다른 조건들에 비하여 우수한 강도를 유지하는 것을 확인할 수 있었다 . 향후 3D 프리폼을 이용한 고강도의 T-빔 구조물이 개발된다면 고속성형이 가능하며 장시간 사용에 의한 박리가 발생하지 않는다는 장점으로 인하여 기존의 CFRP T-빔을 대체하고, 자동차, 항공, 방산 등 다양한 산업에서 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

    후속연구

    • 후)해석 결과를">해석결과를 3D 구조물의 제조에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 해석을 통하여 얻은 결과의 경향만 일치하기 때문에 정량적인 결과값을 3D 구조물의 설계에 사용할 수는 없으며, 향후 해석결과를 기반으로 하여 제작한 시험편을 이용한 보완 연구가 필요하다.
    • ">있었다[11,12]. 따라서 2D와 3D 구조가 서로 다른 물성을 가지며 그 차이가 크지만, 2D 구조해석을 통하여 섬유비율을 조절할 경우 그 경향은 유지되며, 해석결과를 3D 구조물의 제조에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 해석을 통하여 얻은 결과의 경향만 일치하기 때문에 정량적인 후)섬유비율이">섬유 비율이 과도한 차이를 보일 경우 특정 하중에 대하여 취약할 것으로 예상되어, 최대 4:1로 정하였으며, 향후 파라메트릭 연구를 통하여 더욱 정교한 비율을 선정하는 것이 필요하다. 빔 구조물에서는 하중의 ">박리 (Delamination)이다[5,6]. 이러한 피로하중에 의한 손상 및 파손은 자동차, 항공, 항만 하역설비 등 다양한 산업에서 적층복합재료의 응용을 제한한다.
    • 후)조인트부는">조인트 부는 1 mm 두께의 탄소섬유를 0o 방향으로 적층하여 보강한다. 향후 3D 프리폼의 제작 시, Pi plate와 Support가 결합된 일체 형 프리폼을 제작하고, 일체형 프리폼의 Support부에 Vertical plate를 삽입하고 진공 인퓨전 성형공법을 이용하여 수지를 주입하는 고속의 제조공정을 사용하고자 한다.
    • ">있었다 . 향후 3D 프리폼을 이용한 고강도의 T-빔 구조물이 개발된다면 고속성형이 가능하며 장시간 사용에 의한 박리가 발생하지 않는다는 장점으로 인하여 기존의 CFRP T-빔을 대체하고, 자동차, 항공, 방산 등 다양한 산업에서 활용할 수 있을 것으로 기대된다.