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제안 방법
- 72mm 의 지름으로 만들었다. wrappinge 위사와 경사로 구성된 prepreg로 감는 방법(1층으로 표현), UD와 위사와 경사로 구성된 prepreg를 함께 감는 방식(3층으로 표현)등의 2가지의 방법으로 시편을 제작하였다.
- 총 교차된 9층을 winding하였고, winding 각은 0° , ±15° , ±30° , ±45° , ±60° , ±75° , 90° 로 하였다. 경계조건으로서 rod의 중앙면에 대하여 symmetric 조건을 붙여 rod의 场을 모델링하였다. 19.
- 비교하였다. 굽힘응력의 작용에 따른 응력분포를 시뮬레이션하여 굽힘강도와 서로 비교함으로서 FRP의 파괴에 미치는 응력을 조사하였다.
- 차이가 크게 나타났다. 따라서 그 원인을 분석하고자 -X 방향으로 굽힘하중(19.6 kN)이 작용될 때의 응력의 분포를 시뮬레이션하였다. 그림 3 에 응력의 종류에 따른 분포를 그래프로 나타내었다.
- 제작된 시편의 강도특성과 시뮬레이션을 통한 응력의 분포를 서로 비교하여 시편의 파괴에 미치는 응력을 고찰하였다. 또한 제작방법에 따른 강도의 특성을 비교분석하기 위하여 인발성형봉의 바깥 부분을 wrapping하여 강도를 측정하였다.
- 본 연구에서는 섬유의 배향에 따른 강도의 변화를 이해하기 위하여 시편을 제작하여 굽힘 강도를 측정하고 굽힘강도와 응력의 분포를 유한요소법으로 시뮬레이션하였다. 인발성형 (pultrusion) 법으로 일축 방향(unidirectional)의 연속섬유로 된 FRP rod 를 제작하고 인발성형 된 FRP rod에 일정하게 각도의 변화를 주면서 winding 하였다.
- 상용패키지 ANSYS를 사용하여 섬유의 배향에 따른 압축강도의 변화와 일정한 하중이 가해졌을 때 발생되는 응력의 분포를 해석하였다. 시뮬레이션에 필요한 재료의 강도와 관련한 계수는 다음과 같으며 가장 큰 영향을 미치는 Fi(tension) 및 Ft(tension)는 Instron 8516을 사용하여 측정하였고 그 나머지는 문헌[9]에서 인용하였다.
- 시뮬레이션을 통한 섬유의 배향에 따른 FRP 의 굽힘 강도와 실제 실험을 하여 측정한 굽힘 강도를 서로 비교하였다. 굽힘응력의 작용에 따른 응력분포를 시뮬레이션하여 굽힘강도와 서로 비교함으로서 FRP의 파괴에 미치는 응력을 조사하였다.
- 이때 유리섬유의 비율은 78%(무게비)가 되도록 하였다. 유리섬유의 배향에 따른 특성을 조사하기 위하여 일축방향의 유리섬유로 된 지름 32.48 mm의 rod에 filament winding법으로 ±15° , ±30° , ±45° , ±60° , ±75° , 90° 의 각으로 winding 하였다. winding의 두께는 1층이 0.
- 시뮬레이션하였다. 인발성형 (pultrusion) 법으로 일축 방향(unidirectional)의 연속섬유로 된 FRP rod 를 제작하고 인발성형 된 FRP rod에 일정하게 각도의 변화를 주면서 winding 하였다. 제작된 시편의 굽힘강도를 측정하여 섬유의 배향에 따른 강도의 변화를 조사하였다.
- 인발성형법으로 일축방향의 유리섬유로 제작한 rod의 모델링은 3-D brick 요소를 택하고 인발성형 rod의 바깥부분을 winding한 부분에 대해서는 3-D shell 요소를 택하였다. 시뮬레이션의 결과와 제작된 시편의 강도의 실험결과를 서로 비교하기 위하여 시뮬레이션에서의 모델링은 실제 제작한 시편과 크기를 동일하게 하였다.
- 모델링에는 3-D Shell과 3-D Brick 요소를 사용하였다[7]. 제작된 시편의 강도특성과 시뮬레이션을 통한 응력의 분포를 서로 비교하여 시편의 파괴에 미치는 응력을 고찰하였다. 또한 제작방법에 따른 강도의 특성을 비교분석하기 위하여 인발성형봉의 바깥 부분을 wrapping하여 강도를 측정하였다.
- 인발성형 (pultrusion) 법으로 일축 방향(unidirectional)의 연속섬유로 된 FRP rod 를 제작하고 인발성형 된 FRP rod에 일정하게 각도의 변화를 주면서 winding 하였다. 제작된 시편의 굽힘강도를 측정하여 섬유의 배향에 따른 강도의 변화를 조사하였다. FRP rod에 굽힘응력이 가해졌을 때 섬유의 배향에 따른 파괴강도와 응력의 분포를 유한요소법 을 이용하여 시 뮬레 이 션하였다.
- 36 mm가 되도록 하였다. 총 교차된 9층을 winding하였고, winding 각은 0° , ±15° , ±30° , ±45° , ±60° , ±75° , 90° 로 하였다. 경계조건으로서 rod의 중앙면에 대하여 symmetric 조건을 붙여 rod의 场을 모델링하였다.
대상 데이터
- FRP rod 시편의 제작에는 novolac epoxy modified vinylester 수지와 E-glass 섬유를 사용하였다. 사용한 유리섬유의 단섬유 굵기는 평균 23 ㎛였다.
- FRP rod에 굽힘응력이 가해졌을 때 섬유의 배향에 따른 파괴강도와 응력의 분포를 유한요소법 을 이용하여 시 뮬레 이 션하였다. 모델링에는 3-D Shell과 3-D Brick 요소를 사용하였다[7]. 제작된 시편의 강도특성과 시뮬레이션을 통한 응력의 분포를 서로 비교하여 시편의 파괴에 미치는 응력을 고찰하였다.
- 사용한 유리섬유의 단섬유 굵기는 평균 23 ㎛였다. 인발성형방법으로 일축방향의 유리섬유로 된 지름 32.48 mm의 FRP rod를 제작하였다. 이때 유리섬유의 비율은 78%(무게비)가 되도록 하였다.
- 36 mm가 되었다. 총 교차된 층이 9층이고 winding 후 지름이 35.72 mm가 되었다.
이론/모형
- 제작된 시편의 굽힘강도를 측정하여 섬유의 배향에 따른 강도의 변화를 조사하였다. FRP rod에 굽힘응력이 가해졌을 때 섬유의 배향에 따른 파괴강도와 응력의 분포를 유한요소법 을 이용하여 시 뮬레 이 션하였다. 모델링에는 3-D Shell과 3-D Brick 요소를 사용하였다[7].
- 6 kN의 하중을 가하여 시뮬레이션하였다. 파괴강도의 기준은 모든 응력을 고려하여 파괴를 예측하는 Tsai-Wu 파괴이론[10]을 사용하였다.
- 하중이 시편에 가해질 때 섬유의 배향에 따른 굽힘 강도의 변화와 응력의 분포를 알기 위하여 유한요소법으로 시뮬레이션 하였다 [8]. 상용패키지 ANSYS를 사용하여 섬유의 배향에 따른 압축강도의 변화와 일정한 하중이 가해졌을 때 발생되는 응력의 분포를 해석하였다.
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