취성재료의 변형률 분포와 인장물성과의 상관관계를 분석하기 위해 변형률 분포를 가지도록 탭부분을 변형한 5개 타입-S0, SD1, SD2, SV1, SV2 - 의 탄소섬유보강폴리머(CFRP) 인장시편군을 시험하였다. 변형률 분포가 큰 SD2, SV2 의 극한응력 및 변형률이 SD1, SV1 보다 작게 나타났는데, 이는 비대칭 형상의 SD타입보다 대칭 형상의 SV의 시험결과에서 더 분명하게 나타냈다. 더불어 본 연구에서 사용한 변형률 분포를 가진 대부분의 시편의 극한 응력 및 변형률은 변형률 분포가 없는 대조군과 비교하였을 때 감소하였다. 이러한 결과는 1) 변형률계를 통해 직접 계측한 변형률의 평균값, 2) 전체변형량을 유효길이로 나눠 산정하는 환산변형률, 3) 탄성계수와 극한하중으로부터 유도하는 (극한)유효변형률을 통해 다각적으로 분석되었다. 변형률계에서 계측된 값은 국소구간 응답을 정확히 나타내지만, 전단면의 응답을 표현하는 것은 아니다. 반면, 환산변형률과 유효변형률은 전단면의 평균거동을 나타내므로, 게이지의 단점을 보완할 수 있다. 특히 유효변형률은 극한하중 부근에서 변형률계 측정값이 게이지 손상이나 비정상적 계측값 등의 원인으로 유효하지 않을 때도 실무적으로도 사용할 있는 보수적인 파단변형률을 산정할 수 있다. 이 값은 부분파단이 발생한 경우에도 사용할 수 있으며, 변형률 분포를 가지는 시편에서 합리적으로 유용하다.
취성재료의 변형률 분포와 인장물성과의 상관관계를 분석하기 위해 변형률 분포를 가지도록 탭부분을 변형한 5개 타입-S0, SD1, SD2, SV1, SV2 - 의 탄소섬유보강폴리머(CFRP) 인장시편군을 시험하였다. 변형률 분포가 큰 SD2, SV2 의 극한응력 및 변형률이 SD1, SV1 보다 작게 나타났는데, 이는 비대칭 형상의 SD타입보다 대칭 형상의 SV의 시험결과에서 더 분명하게 나타냈다. 더불어 본 연구에서 사용한 변형률 분포를 가진 대부분의 시편의 극한 응력 및 변형률은 변형률 분포가 없는 대조군과 비교하였을 때 감소하였다. 이러한 결과는 1) 변형률계를 통해 직접 계측한 변형률의 평균값, 2) 전체변형량을 유효길이로 나눠 산정하는 환산변형률, 3) 탄성계수와 극한하중으로부터 유도하는 (극한)유효변형률을 통해 다각적으로 분석되었다. 변형률계에서 계측된 값은 국소구간 응답을 정확히 나타내지만, 전단면의 응답을 표현하는 것은 아니다. 반면, 환산변형률과 유효변형률은 전단면의 평균거동을 나타내므로, 게이지의 단점을 보완할 수 있다. 특히 유효변형률은 극한하중 부근에서 변형률계 측정값이 게이지 손상이나 비정상적 계측값 등의 원인으로 유효하지 않을 때도 실무적으로도 사용할 있는 보수적인 파단변형률을 산정할 수 있다. 이 값은 부분파단이 발생한 경우에도 사용할 수 있으며, 변형률 분포를 가지는 시편에서 합리적으로 유용하다.
To investigate the relationship between strain distribution and tensile properties of brittle material, five types of tensile coupon of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) modified the tab portion in order to have a strain distribution including S0, SD1, SD2, SV1, SV2 were tested. The ultimate st...
To investigate the relationship between strain distribution and tensile properties of brittle material, five types of tensile coupon of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) modified the tab portion in order to have a strain distribution including S0, SD1, SD2, SV1, SV2 were tested. The ultimate stress and strain of SD2 and SV2 which was intended to have larger strain distribution were smaller than those of SD1 and SV1, that was more clearly shown in the test results of the symmetric coupons (SV series) than the asymmetric coupons (SD series). In addition, the ultimate stress and strain of most coupons with strain distribution in this study were decreased when compared to the control group with uniform strain. These results were analyzed in various ways through 1) the average of the strain values directly measured by the strain gages, 2) the converted strain calculated by dividing the total deformation by the effective length, and 3) the ultimate effective strain derived from both the elastic modulus and the ultimate load. The values measured by strain gage indicates response of the local region precisely, but it does not represent the response from whole section. However, the converted strain and effective strain can supplement disadvantage of gage because they represent the average response of whole section. In particular, the effective strain can provide rupture strain conservatively, which can be utilized in practice, when the value obtained by strain gage was not effective due to gage damage or abnormal gage readings near ultimate load. This value provides a value that can be used even when partial rupture has occurred and is reasonably useful for specimens with strain distribution.
To investigate the relationship between strain distribution and tensile properties of brittle material, five types of tensile coupon of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) modified the tab portion in order to have a strain distribution including S0, SD1, SD2, SV1, SV2 were tested. The ultimate stress and strain of SD2 and SV2 which was intended to have larger strain distribution were smaller than those of SD1 and SV1, that was more clearly shown in the test results of the symmetric coupons (SV series) than the asymmetric coupons (SD series). In addition, the ultimate stress and strain of most coupons with strain distribution in this study were decreased when compared to the control group with uniform strain. These results were analyzed in various ways through 1) the average of the strain values directly measured by the strain gages, 2) the converted strain calculated by dividing the total deformation by the effective length, and 3) the ultimate effective strain derived from both the elastic modulus and the ultimate load. The values measured by strain gage indicates response of the local region precisely, but it does not represent the response from whole section. However, the converted strain and effective strain can supplement disadvantage of gage because they represent the average response of whole section. In particular, the effective strain can provide rupture strain conservatively, which can be utilized in practice, when the value obtained by strain gage was not effective due to gage damage or abnormal gage readings near ultimate load. This value provides a value that can be used even when partial rupture has occurred and is reasonably useful for specimens with strain distribution.
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문제 정의
이에 본 연구에서는 제작 및 세팅 오차로 발생할 수 있는 결과의 편차 범위보다 큰 수준으로 직접적으로 변형률 분포를 가지도록 인장 시편의 상세를 변경하고 이를 설계변수로 하여 취성재료의 특성으로 인한 인장 물성의 영향의 상관관계를 분석하였다.
제안 방법
5개 상이한 탭 상세의 설계변수에 대한 시험 결과이므로, 각 변수별로 구분하여 결과를 분석하였으며, 이는 Table 2와 2.3.2절에서 기술하였다. 이에 앞서 탭 상세와 상관없이 공통적인 변형률 계 계 측 값 평균, 환산변형률 및 유효 변형률을 비 교분석하기 위해, Table 1은 각 시험의 유효 변형률과 변형률 계 계측 평균의 비 (B/A)와 환산변형률과 계측 평균값의 비 (C/A)를 포함하였다.
1에서 그립부를 제외한 총 길이는 150 mm 이며, 탭 부분은 양단에서 40 mm 구간을 기준으로 가감하여 평균적으로 중앙 70 mm 길이 구간에서 탭 부분에 의해 보강되지 않도록 하여 등분 포 변형률의 시편과 동일한 조건을 유지하였다. 각 타입별로 는 S0타입 시편은 탭 부분 길이를 한쪽 연단에서 30 mm에서 50 mm 로 증가시켰으나, 반대쪽에서 50 mm에서 30 mm로 감소하여 개별섬유 측면에서 탭이 적용되지 않은 길이는 모두 70 mm 로 일정하도록 설계하였다. S0 타입은 SD1 타입의 탭 상세와 일치하지만 길이 방향으로 양단부를 비대칭으로 하여 SD1 와 비교 가능하며, 전체 시편의 참조 군으로도 설정하였다.
개별 섬유의 유효 길이는 모두 같지만, 단면 비대칭성에 의해 5개 모든 시험에서 탭 부분에서 조기에 박리가 발생하였고, 이후 단면에서 변형률 분포 조건으로 가력되어 다른 쪽 연단에서 추가 박리하거나 부분 파단이 발생하였다. 결과적으로 S0 타입은 등 분포 변형률에 대한 대조군으로 보기 어려워, 동일 탄소섬유 물성 및 단면적 - 두께 두 배, 폭은 절반 – 의 기존 연구 (Kim, 2019(b)) 결과를 (Ref. / T2) 본 시험 결과의 대조군으로 참조하였다.
별도의 변위계를 사용하여 변형을 측정할 수도 있지만, 재하과정에서 두 측정점을 추종하면서 변위계 자체 변위를 발생하지 않도록 세팅하기 어렵고, 결과적으로 이 방법으로 계측한 결과의 신뢰성이 높지 않다. 따라서 별도 투입 없이 쉽게 취득할 수 있는 장비변형값을 전체변 위로서 모니터링하고 앞서 기술한 시편 외 변형요인을 고려하여 결과 분석하였다. 하중재하속도는 분당 0.
변형률 계는 전면부 3개 (left, center, right), 후면 중앙부 (back) 1개를 부착하여 탭 상세에 따른 면내 변형률 분포를 측정하고, 후면 변형률 계를 통해 면 외 방향 불균형 응력분포를 병행하여 모니터링하였다. 이로부터 시편 변형률의 대푯값인 평균값은 전면부 3개소를 우선 평균하여 전면부의 대푯값으로 하고 이를 후면부와 산술평균하여 산정하였다.
본 연구에서는 탄소섬유 시편의 탭 상세를 변경하여 섬유 간 변형률 분포를 설계변수로 인장시험을 실시하여, 변형률 분포와 취성재료 물성과의 연계성을 분석하였으며, 이를 통해 얻은 주요결론은 다음과 같다.
본 연구의 시편은 ASTM D3039를 기본적으로 참조하였으나, 단면 내 섬유 사이의 변형률 분포를 유도할 수 있도록 단부 탭 부분을 Fig.1과 같이 5개 타입으로 나누고, 각 타입별로 5회 반복시험을 수행하였다. 원래 탭의 역할은 그립 근처에서의 응력집중을 막고, 시편 중앙에서 파단하도록 유도하는 것이지 만, 이에 덧붙여 본 연구에서는 가력장치에서는 시편 양단부 전단 면에서 균일한 변형이 발생하더라도 탭 상세의 변경을 통하여 각 섬유의 유효 길이를 다르게 하여 결과적으로 단면 내 섬유의 변형률이 차이가 발생하도록 의도하였다.
1과 같이 5개 타입으로 나누고, 각 타입별로 5회 반복시험을 수행하였다. 원래 탭의 역할은 그립 근처에서의 응력집중을 막고, 시편 중앙에서 파단하도록 유도하는 것이지 만, 이에 덧붙여 본 연구에서는 가력장치에서는 시편 양단부 전단 면에서 균일한 변형이 발생하더라도 탭 상세의 변경을 통하여 각 섬유의 유효 길이를 다르게 하여 결과적으로 단면 내 섬유의 변형률이 차이가 발생하도록 의도하였다. Fig.
156 mm2 (= × ) 을 나눠 산정하며, 탄성계수는 ASTM D3039에 따라 각 시편의 변형률 1000 부터 3000 구간에서 산정하였다. 이 극한 응력을 탄성계수로 나눠 유도할 수 있는 극한 변형률을 본 연구에서 (극한) 유효변형률 (ultimate effective strain)로 명명하고, 이를 앞서 기술한 환산변형률(converted strain)과 비교하였다.
이런 이론적 배경에 근거하여 단면두께를 증가하면서 탄소 섬유 인장시험의 경향성을 파악하는 연구 (Kim, 2019(b)) 가 수행되었으나, 제작 및 세팅 오차로 인한 결과 편차가 원설계 변수에 의한 경향성보다 크게 나타났으며, 이에 본 연구에서는 직접적으로 탄소섬유 변형률을 설계변수로 하여 제작 및 세팅 오차보다 설계변수로 인한 결과 편차가 크도록 시편을 제작하여 변형률 분포와 파단강도의 상관성을 분석하고, 나 아가 취성특성과 연계하였다.
변형률 계는 전면부 3개 (left, center, right), 후면 중앙부 (back) 1개를 부착하여 탭 상세에 따른 면내 변형률 분포를 측정하고, 후면 변형률 계를 통해 면 외 방향 불균형 응력분포를 병행하여 모니터링하였다. 이로부터 시편 변형률의 대푯값인 평균값은 전면부 3개소를 우선 평균하여 전면부의 대푯값으로 하고 이를 후면부와 산술평균하여 산정하였다.
하지만 탄소섬유의 경우 파단과 동시에 내력을 잃어버리므로 요소 간 재분배를 할 여지가 없고, 실제로 변형률 계로 계측된 시편 내 폭 및 길 이 방향의 변형률이 무시할 정로로 작은 편차를 가지는 것이 아니기 때문에, 국소위치의 측정값으로부터 시편의 평균 거동 을 어렵다. 이에 시편 전체 변형을 계측하여 유효 길이로 나눈 환산변형률을 병행하여 전체 단면의 평균화된 응답을 변형률 계 계 측 값과 비교함으로써 변형률 계의 모니터링 결과에 대한 대표성을 검증할 수 있다. (Kim.
대상 데이터
본 연구에서 사용한 탄소섬유 복합체의 제조사 제공 강도의 실제값(mean value)과 규격 값 (specification value)은 각각 4513 MPa, 3483 MPa이다. 여기서 실제값은 시편시험 결과의 평균에 해당하고, 규격 값은 설계값 (design value)과 의미가 같으며, 안전율을 고려하여 적용해야 하는 실무 설계에서 적용하는 값이다.
여기서 실제값은 시편시험 결과의 평균에 해당하고, 규격 값은 설계값 (design value)과 의미가 같으며, 안전율을 고려하여 적용해야 하는 실무 설계에서 적용하는 값이다. 일방향으로 일정량을 묶음 형태로 직조되어 있는 탄소섬유 제품을 사용하였으며, 공칭두께는 0.11 mm, 폭은 50 cm로 표기되어 있었다. 직조된 묶음은 총 128마디이며, 이 중에서 12마디를 인장 시편으로 사용하였고, 이는 약 47 mm 폭에 해당한다.
11 mm, 폭은 50 cm로 표기되어 있었다. 직조된 묶음은 총 128마디이며, 이 중에서 12마디를 인장 시편으로 사용하였고, 이는 약 47 mm 폭에 해당한다. 이 단면을 기준으로 산정한 인장 시편의 설계값 기준의 극한하중은 약 18 kN, 탄성계수는 2.
데이터처리
탭상세별 결과를 분석하기 위해서 모든 시험의 변형률 계의 부착 위치별 응답을 분석하였으며, Fig.5에서는 그 중 SV2-1 시험의 모니터링 결과를 나타내었다. 응력 2000 MPa 부근에서 중앙부(center)의 변형률은 약 6000 인 반면 좌측(left)은 7300, 우측(right)은 6700 , 뒷면(back) (중앙부)는 7800 정도로 나타났는데, 이는 당초 SV타입 시편에서 의도한 것과 동일하다.
이론/모형
구조적 측면에서 재료 특성을 결정하는 기본이 되는 인장 시험에 있어서도 강재의 경우 통상 3회 시험으로 신뢰성 높은 결과를 얻는 반면, 탄소섬유는 강재에 비하여 결과값은 편차가 크다. RC 구조물의 구조보강에 사용하는 탄소섬유 구조설 계는 대부분 ACI 440.2R (2017)에 따르며, 여기서 인장 물성은 20회 시험 결과의 통계처리를 통해 파단강도 및 변형률을 결정한다. 또한 탄소섬유 복합체의 인장시험표준인 ASTM D3039 (2017)에서는 단일 시편에 전면 2개, 후면 1개의 변형률 계를 통해 시편 면내/외 변형률을 측정하여, 일정 수준 이하인 경우에만 유효한 시험으로 판정할 것을 권고하는 등 강재에 비해 인장시험절차가 복잡하다.
Table 1은 각 시험의 파단 시점의 변위, 하중 및 응력, 탄성 계수, 변형률 계로 계측한 최대 및 평균값 (A), 탄성계수로 추정한 극한변형률 (B), 환산변형률 (C) 을 요약하였다. 극한응 력은 극한강도에 시편 단면적 5.156 mm2 (= × ) 을 나눠 산정하며, 탄성계수는 ASTM D3039에 따라 각 시편의 변형률 1000 부터 3000 구간에서 산정하였다. 이 극한 응력을 탄성계수로 나눠 유도할 수 있는 극한 변형률을 본 연구에서 (극한) 유효변형률 (ultimate effective strain)로 명명하고, 이를 앞서 기술한 환산변형률(converted strain)과 비교하였다.
성능/효과
1) 탄소섬유의 변형률 분포가 큰 SD2, SV2 타입의 인장시험 결과는 SD1, SV1 타입보다 파단강도, 변형률 및 탄성 계수가 감소하였다. 이는 연성재료와는 달리 응력재분배를 기대하기 어려운 탄소섬유의 취성특성에 따라 파 단 시점에서의 변형률 분포가 물성에 영향을 미치기 때문이다.
2) SV타입 시험 결과의 편차가 SD 타입보다 작은데, 이는 SD 타입의 경우 시편의 비대칭성으로 인한 불확실성 이SVV 타입보다 크기 때문이므로, 변형률 분포를 가지더라도 가급적 시편의 대칭을 유지하는 것이 바람직하다.
3의 응력-변형률 응답에서 파단 시점 뿐만 아니라 전체 하중에 대한 응답을 고려하면 환산변형률의 유효성을 확인할 수 있다. 2.2.3에서 언급한 것과 같이 변형률 계 응답(average)은 재하과정에서 발생하는 이벤트와 상관없이 응력-변형률 비례관계 유지하는데 반하여, 환산변형률(converted) 응력-변형률 응답은 시편의 탭 부분의 박 리나 부분 파단 발생 시 변위 제어 시험상태에서 변위(변형량) 은 유지된 상태에서 하중(응력)만 감소하였다. 즉, 환산변형률은 그래프상에서 인장 시편에 발생한 이벤트를 시각적으로 나타내어 거동 특성을 좀 더 쉽게 확인할 수 있다.
3) 인장 시편이 부분 파단으로 두 번째 혹은 그 이후 피크하 중에서 최댓값을 가질 때, 기 파단단면의 기여분이 제외되므로 시편의 강도 최댓값은 단면 전체의 성능보다 감소한다. 이때 이상적으로는 파단 단면적을 제외한 단면적으로 재료 물성을 구해야 하지만 비현실적이므로, 파 단 응력 산정 시 전단면 기준으로 하는 것이 합리적이며, 또한 실무적으로도 유용하다.
4) 변형률 계 응답은 변형률을 직접 계측하므로 부착 위치에 서의 정확성은 높지만, 시편 전체 응답을 대표하기 어렵 기 때문에, 전체 응답을 평균화한 지표인 환산변형률 응답을 통해 이를 보완할 수 있다. 환산변형률은 정량적으로 극한변형률을 산정하기 어렵지만, 변형률 계 응답으로 가시화하기 어려운 박리 및 부분 파단 유무를 확인하는데 유용하다.
5) 탄성계수와 극한하중으로 유도한 유효(극한) 변형률은 극한시점에서 변형률 계가 손상되거나 비정상적으로 계측되는 경우에 극한변형률을 추정할 수 있으며, 본 연구에서는 변형률 계 평균값과 거의 일치하였다. 환산변형률의 경우 전단 면의 평균 거동을 나타내지만, 장비변형을 포함하고 박리 및 부분 파단에 의해 유효 길이의 변경을 고려하지 못 하지만, 유효 변형률은 탄소섬유의 탄성 구간 내 응력-변형률 선형관계에 의거하므로 실질적으로 시편의 유효한 극한변형률을 산정할 수 있다.
6) 부분 파단이 일어나는 파괴 모드의 경우 피크 하중이 감소하므로 유효(극한) 변형률은 실제 변형률 계의 계 측 값보다 감소할 수 있다. 하지만, 부분 파단 역시 실무적으로 고려해야 하는 파괴 모드이므로, 감소한 유효 변형률을 적용함으로써 강도 상한을 제한하여 적용할 수 있다.
단면 폭 중심에서 유효 길이 가 가장 길고 폭 방향 양단부에서 가장 짧도록 하여, SV1는 중 심부에서 90mm, 양단에서 50 mm 로 SD1과 같고, SV2는 110 mm에서 30 mm로 SD2와 같다. 결과적으로 단위폭당 변형률 편차를 보면 SV타입이 중심에서 양단까지의 변화이므로, SD 타입에 비하여 두 배 크지만, 전체적으로는 SV1은 SD1, SV2는 SD2과 동일한 변형률 분포를 가지기 때문에, 대칭/비대칭 조건에 따른 결과를 비교할 수 있다.
대조군인 T2와 변형률 분포를 가지는 본 연구의 모든 타입의 결과와 비교할 때, 대조군의 응력 평균 및 극한변형률은 가장 크면서도 그때의 변형량은 가장 작은 것으로 나타났다. 그 이유는 본 연구의 시편의 폭이 대조군에 비해 넓고 변형률 분포를 가지고 있었기에 조기 박리 및 부분 파단이 일어날 가능성이 더 높고, 이로 인해 전체변형량은 증가하면서도 응력/변 형률은 감소하고, 그 결과값의 편차 역시 증가한 것으로 추정된다. 무엇보다도 등 분포 변형률를 가지는 대조군의 인 장물 성이 변형률 분포를 가지는 본 연구의 시험 결과보다 크다는 점 역시 변형률 분포에 의해 인장응력 및 파단변형률이 감소 된다는 결과로 볼 수 있다.
대조군인 T2와 변형률 분포를 가지는 본 연구의 모든 타입의 결과와 비교할 때, 대조군의 응력 평균 및 극한변형률은 가장 크면서도 그때의 변형량은 가장 작은 것으로 나타났다. 그 이유는 본 연구의 시편의 폭이 대조군에 비해 넓고 변형률 분포를 가지고 있었기에 조기 박리 및 부분 파단이 일어날 가능성이 더 높고, 이로 인해 전체변형량은 증가하면서도 응력/변 형률은 감소하고, 그 결과값의 편차 역시 증가한 것으로 추정된다.
하지만 응력 3000 MPa에서 탭 부분 박리가 일어나고, 왼쪽 변형률 계의 변형률은 감소하고 나머지는 증가하였다. 또한 박리 이후의 위치별 변형률-응력 기울기 또한 박리 이전과 차이를 보이고 있어 박리로 전후 단면의 응력분포가 확연히 변화하였음을 확인할 수 있다. 즉, 시편의 중심에서 왼쪽 탭 구역에서 박리 가 발생하였고 이후 과정에서는 왼쪽 섬유의 유효 길이가 길어지며 시편 형상의 대칭성을 상실함에 따라 당초 의도한 변 형률 분포를 얻지 못하였으며, 결과적으로 탭 부분 상세에 따라 변형률 분포가 발생하였으나, 파단 시점에서 변형률 분포 크기와 강도 및 변형률을 정량적으로 연계하기는 어려웠다.
시편 크기가 작을수록 제작과정에서 발생할 수 있는 오차가 시험 결과에 미치는 영향이 커지기 때문에 탄소섬유의 절단, 섬유의 배치, 에폭시 레진 혼합 등의 과정에서 시험 결과의 편차를 주는 요인을 최소화하였다.
즉 변형률 분포가 클수록 파단 시 실제로 파단되는 섬유 비율이 작아지기 때문에 단면적이 동일한 시편에서도 인장 물성은 대체로 감소하였다. 이는 탄소섬유가 탭 영역의 박리로 인해 당초 의도한 변형률 분포가 파 단시까지 유지되지는 않았음에도 결과적으로, 변형률 분포가 클수록 파단강도 및 변형률은 감소하였다.
또한 박리 이후의 위치별 변형률-응력 기울기 또한 박리 이전과 차이를 보이고 있어 박리로 전후 단면의 응력분포가 확연히 변화하였음을 확인할 수 있다. 즉, 시편의 중심에서 왼쪽 탭 구역에서 박리 가 발생하였고 이후 과정에서는 왼쪽 섬유의 유효 길이가 길어지며 시편 형상의 대칭성을 상실함에 따라 당초 의도한 변 형률 분포를 얻지 못하였으며, 결과적으로 탭 부분 상세에 따라 변형률 분포가 발생하였으나, 파단 시점에서 변형률 분포 크기와 강도 및 변형률을 정량적으로 연계하기는 어려웠다. 본 연구의 대부분의 시편에서 이와 같이 박리가 발생하여 탭 상세에 따른 변형률 계의 부착 위치별 특징을 분석하는데 어려움이 있었으며, 특히 여전히 부착 위치에 따라 변형률 초기값 및 증가 값에 편차가 커서 이를 탭 상세와 직접적으로 연계하기 어려웠다.
탄소섬유 복합체의 인장 특성은 대부분 ASTM D3039의 시 험방법에 따라 수행하고, 그 시험 결과에 대하여 ACI 440.2R에서는 20회 정규확률분포로 고려하여 평균에 표준편차의 3배를 감하여 99%의 안전도를 확보할 수 있는 설계값을 사용한다. 또한 NCHRP 655 보고서(2010)에서는 ASTM D7290 (2011)에 의거하여 취성재료에 적합한 와이블 분포 (weibull distribution)에 따라 통계 처리하여 탄소섬유의 물성을 결정하도록 제안하였다.
후속연구
요약하면, 환산변형률은 변형률을 직접 계측하는 것이 아니라 유효 길이와 단면적을 이용하여 추정하는 것이기 때문에 이 두 값이 유효하지 않을 경우 재료의 변형률로서 무의미하지만, 박리 및 일부 파단이 일어나기 이전까지의 환산변형률의 경우 시편에서 발생하는 박리 및 부분 파단을 가시화할 수 있는 응답으로 활용 가능하다. 또한 유효 변형률은 변형률 계 응답이 극한 하중 근처에서 다수 요인으로 유효하지 않는 경우에도 합리적으로 추정할 수 있는 값이며, 실무적으로도 변형률 분포를 고려하여 얻을 수 있는 전단 면의 평균값으로서 적합하다.
참고문헌 (9)
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