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탄소섬유 복합재 피로수명의 통계적 특성 연구
A Study on Statistical Characteristics of Fatigue Life of Carbon Fiber Composite 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.47 no.1, 2019년, pp.35 - 40  

주영식 (Agency for Defense Development) ,  이원준 (Agency for Defense Development) ,  서보휘 (Agency for Defense Development) ,  임승규 (Agency for Defense Development)

초록
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본 연구의 목적은 항공기 구조개발에 널리 적용되고 있는 탄소섬유 복합재의 피로특성을 확인하고, 실기체 피로시험에 활용되고 있는 자료를 획득하는 것이다. 복합재 구조의 내구성 및 손상허용성의 평가는 주로 피로시험을 통하여 이루어지며, 실기체 피로시험에 적용되고 있는 파라미터에는 피로수명계수와 하중증대계수가 있다. 탄소섬유/에폭시 일방향 및 직물형 복합재로 시편을 제작하였으며, 응력비와 적층패턴을 달리하여 피로시험을 수행하였다. Sendeckyj 모델을 적용한 와이블 분포와 개별적인 피로수명에 대한 와이블 분포를 이용하여 형상 파라미터를 분석하였다. 또한 신뢰도를 고려한 피로수명계수와 하중증대계수를 평가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The objective of this paper is to identify the fatigue properties of carbon-fiber composite which is widely applied for the development of aircraft structures and obtain data for full-scale fatigue test. The durability and damage tolerance evaluation of composite structures is achieved by fatigue te...

주제어

#내구성 및 손상허용성   #Sendeckyj 모델   #와이블 분포  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 탄소 섬유 복합재의 피로시험을 수행하고 분산특성을 분석하였다. 분석 방법으로는 개별적인 와이블 분포와 Sendeckyj 모델의 등가정적강도 분석 방법을 적용하였다.
  • 본 연구의 목적은 항공기 개발에 널리 사용되고 있는 탄소섬유 복합재의 피로수명특성을 확인하고, 실기체 피로시험에 활용하기 위한 자료를 획득하는 것이다. 복합재 시편에 대한 피로시험을 수행하고, 피로수명의 분산특성을 분석하였다.
  • 항공기용 구조재료로 사용되고 있는 탄소섬유/에폭시 복합재에 대한 피로특성을 평가하기 위하여 피로시험을 수행하였다. 소재는 일방향 테이프와 직물형 탄소섬유 복합재이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
피로수명계수는 무엇인가? 신뢰수준을 고려하여 요구되는 피로시험시간을 피로수명계수(Nf) 나타내며, 식 (2)로부터 산출할 수 있다. 피로수명계수는 평균수명에 대해 신뢰수준을 고려한 수명으로 정의된다[3].
실기체 피로시험에 적용되는 파라미터들은 어떤 것들이 있는가? 본 연구의 목적은 항공기 구조개발에 널리 적용되고 있는 탄소섬유 복합재의 피로특성을 확인하고, 실기체 피로시험에 활용되고 있는 자료를 획득하는 것이다. 복합재 구조의 내구성 및 손상허용성의 평가는 주로 피로시험을 통하여 이루어지며, 실기체 피로시험에 적용되고 있는 파라미터에는 피로수명계수와 하중증대계수가 있다. 탄소섬유/에폭시 일방향 및 직물형 복합재로 시편을 제작하였으며, 응력비와 적층패턴을 달리하여 피로시험을 수행하였다.
선진 항공사에서 자사가 적용하고 있는 복합재의 피로특성을 연구하여 확보하는 이유는 무엇인가? 항공기 구조 개발 시에 구조 건전성의 확보를 위해서는 정적강도뿐만 아니라 기체구조의 내구성(Durability) 및 손상허용성(Damage Tolerance)의 평가는 필수적이다. 장시간의 운용수명을 가지는 항공기의 경우 특히 내구성 및 손상허용성의 평가는 상당한 신뢰도를 요구하고 있다. 한편, 내구성 및 손상허용성에 영향을 미치는 피로특성은 매우 중요하며, 이방성 소재인 복합재는 금속재와는 다른 피로특성을 가지는 것으로 알려져 있다. 복합재 구조의 피로수명예측 방법은 금속재 구조에 비해 아직 많이 부족하지만, 시험을 통한 평가기법은 비교적 잘 정립되어 있다. 복합재 피로특성의 중요한 것 중 하나는 피로수명의 분산이 크다는 것이다. 내구성 및 손상허용성 평가를 위해 수행하는 피로시험에도 이러한 분산특성을 고려하여야 신뢰도를 확보할 수 있다. 이러한 노력의 일환으로 미국을 비롯한 선진 항공사에서는 자사가 적용하고 있는 복합재의 피로특성을 연구하여 확보하고 있다[1].
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참고문헌 (3)

  1. Whitehead, R. S., Kan, H. P., Cordero, R., and Saether, E. S. "Certification Testing Methodology for Composite Structure," NADC-87042-60, Vol. 1, October 1986. 

  2. G. P. Sendeckyj, "Fitting Models to Composite materials Fatigue Data," ASTM STP 734, 1981, pp.245-60. 

  3. CMH-17-3G. Composite Materials Handbook, Vol. 3, July 2002. 

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