초록 ▼

1 세부과제에서는 인장하중하에서 유리섬유의 적충수, 유리섬유의 배향각도에 대한 유리섬유 보강플라스틱의 인장거동 변화를 고찰하고, 이들의 상관 관계를 규명하기 위하여 일련의 유리섬유 보강플라스틱 시험체에 대하여 인장실험을 수행하였다. 실험에 사용된 시험체의 규격은 폭 12.5mm, 길이 60mm로 일정하게 제작하였으며, 유리섬유의 적층수를 14,22,30층, 유리섬유의 배향 각도를 0°, 30°, 45°로 시험체를 세분화하였다. 인장실험시 각 시험체의 파괴양상, 극한하중 및 하중변화에 대한 인장변형율을 조사하였고 이들 결과를

1 세부과제에서는 인장하중하에서 유리섬유의 적충수, 유리섬유의 배향각도에 대한 유리섬유 보강플라스틱의 인장거동 변화를 고찰하고, 이들의 상관 관계를 규명하기 위하여 일련의 유리섬유 보강플라스틱 시험체에 대하여 인장실험을 수행하였다. 실험에 사용된 시험체의 규격은 폭 12.5mm, 길이 60mm로 일정하게 제작하였으며, 유리섬유의 적층수를 14,22,30층, 유리섬유의 배향 각도를 0°, 30°, 45°로 시험체를 세분화하였다. 인장실험시 각 시험체의 파괴양상, 극한하중 및 하중변화에 대한 인장변형율을 조사하였고 이들 결과를 토대로 유리섬유의 적층수와 유리섬유의 배향각도에 따른 유리섬유 보강플라스틱의 극한하중, 응력-변형율 선도 및 탄성계수 등을 비교 분석하였다. 한편 본 연구에서는 유리섬유의 적층수, 관 직경 변화에 대한 유리섬유 보강 플라스틱관의 파괴거동과 피로거동을 고찰하기 위하여 4점 휨 하중법에 의한 파괴실험을 수행하였다. 실험에 사용된 시험체는 길이 1200mm로 하였으며, 유리섬유의 적층수를 30,35,40층 관 직경을 50, 100, 150mm로 시험체를 세분화 하였다. 파괴실험시 각 시험체의 하중변화에 대한 휨 변형율, 하중변화에 대한 중앙 처짐량 및 항복하중을 조사 하였고 이들 결과를 토대로 유리섬유의 적층수와 관 직경에 따른 유리섬유 보강플라스틱관의 항복하중과 하중-처짐 선도의 면적을 이용하여 계산한 파괴에너지를 비교 분석하였으며, GERP관의 강성은 유리섬유의 적층수가 클수록 크게 나타났으며, 이러한 현상은 피로파괴 직전까지 나타내었다. 아울러 본 피로실험 결과를 희귀분석하여 구한 S-N선도에 의하면 정적극한강도 백분율에 대한 피로강도는 유리섬유의 적층수가 15,25,35층인 GFRP관의 반복회수 200만회에 대한 피로강도는 정적극한강도에 각각 약 75.2%, 79.5%, 84.2%로 나타났다.
제 2 세부과제에서는 본 연구에서는 섬유배열방향이 0° /90° 및 ±45°인 유리섬유강호복합재료(GFRP)에 대하여, 원공크기 2R 및 시험편 폭 W가 다른 원공 (circular hole)시험편과 균열길이 a, 판두께 B 및 하증방향에 대한 균열각 θ가 다른 SEN (single-edge notched)시험편에 대한 단축인장시험을 수행하였다. 이로부터 노치강도의 저하경향을 구하고, 특성길이와 불연속부(원공 및 균열길이)크기 및 판폭의 관계로 부터 노치강도예측을 위한 새로운 파손모델을 제안하였으며, 이의 예측결과는 실험결과와 잘 일치하였다. 한편섬유배열방향이 06° /90°인 SEN, CT(compact tension) 및 원공시험편에 대하여 파괴인성에 상ㄷㅇ하는 응력확대계수 K의 결정법을 확립하였으며, 또한 얻어진 K는 초기균열길이, 시험편 두께, 균열각 및 시험편 형상에 무관한 약 25MPa m의 값을 가짐을 알았다. 또한 본 재료(GFRP)의 피로손상거동을 파악하기 위하여 원공크기와 시험편 폭에 따른 단축인장 피로시험을 수행하였다. 이로부터 노치강도 및 피로강도 저하의 관계를 살펴보았으며, 수정점응력조건을 적용하여 임의의 피로수명에서의 피로강도를 예측하고 그의 적용이 피로강도예측에도 확대될 수 있음을 확인하였다. 또한 평활재의 S-N(sub)(f)곡선을 기초로 하여 원공 크기 및 판폭 등과 같은 시험편형상을 고려한 노치재의 피로수명예측식을 제안하였으며, 이에 의하여 예측된 피로수명은 실험결과와 잘 일치하였다. 본 연구에서 제안된 정적 및 피로노치강도예측모델, 파괴인성 평가법 및 피로수명예측은 유리섬유강화복합재료(GFRP)를 사용한 구조물의 설계에 있어서 중요한 기준이 될 것이다.
제 3 세부과제에서는 섬유강화 복합적층 라이프구조를 해석하기 위하여 감절점 등매개개념(Degenerated Isoparametric Concept)을 이용하여 유한요소법에 의한 프로그램을 개발하였다. 본 프로그램은 감차적분기법 및 가정된 전단변형도장을 사용하여 membrane shear locking현상을 제거하고 pipe전체주고 있다. 본 프로그램을 이용하여 유리섬유 배향각도에 따른 적층판을 해석해본 결과 섬유배향각 α가 증가함에 따라 휨강성의 감소로 인해 처짐은 증가하고 적층 Pipe의 경우에는 원주방향의 강성의 증가로 인해 처짐은 감소함을 알 수 있다. 따라서, 토압을 받는 GFRP Pipe를 해석 및 설계할 경우에는 Hoop tension에 따른 원주방향 강성을 최대로 할 수 있는 Pipe 중심축의 직각에 가까운 섬유배향각도를 사용해야함을 알 수 있다.
제 4세부과제에서는 신뢰성해석을 휘한 한계상태를 강도, 좌굴, 피로에 대한 세 가지 측면에서 고찰하였다. 한계상태를 고차의 비선형성을 띄고 있기 때문에 효과적 신뢰성 해석방법을 정립, 제안하였다. 강도, 좌굴, 피로 신뢰성 해석을 통하여 지배적 파괴 모드에 대한 파괴확률의 정량적 획득 및 고찰을 하였고, 한계상태설계규준의 개발지침에 대하여 연구가 수행되었다. 제작의 속성상 Taylored Design으로 생산되고 있는 GFRP관은 총체적 파괴확률의 기준에 근거하는 신뢰성 최적설계 기법으로 확립시켰으며, 전산화 시스템을 통하여 GFRP관 구조의 신뢰성해석 및 최적설계가 효율적으로 수행될 수 있음을 적용 예를 통하여 알 수 있었다. 또한 본 시스템의 구성은 각각의 GFRP완의 신뢰성해석 및 최적설계 관련 서브시스템들이 모듈형태로 개발되었으므로 앞으로도 하이모듈에 대한 계속적인 수정 및 보완이 가능하도록 구축되었다.

Abstract ▼

In the first reserch group, the tensile test were performed on a series of GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)specimen to investigate the tensile behavior of GFRP varing with the angles of orientation of glass fiber. The sizes of specimen were the wide(12.5mm) and the length(60mm), the laminates

In the first reserch group, the tensile test were performed on a series of GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)specimen to investigate the tensile behavior of GFRP varing with the angles of orientation of glass fiber. The sizes of specimen were the wide(12.5mm) and the length(60mm), the laminates of glass fiber were 14,22,30, and the orientation angles of glass fiber were 0°, 30°, 45°. In this test, frature mode, the ultimate load and relationships between the loads and the tensile strains were observed. On the bases of the test results, the ultimate load, the stress-strain curve and the tensile elastic modulus with connection to the laminates and the angles of orientation of GFRP specimens were studied. The frature tests were performed to investigate the fatigue and the fracture behavior of GFRP pipes varing with the diameter and the laminates. The length of specimen was 1200mm, the lamanates of glass fiber were 30, 35, 40 and the pipe diameters were 50, 100, 150mm. The frature tests were carried out under the four point loading system, the relationships between loadings, the mid-span deflections, and flexural strains and the yield load of the specimens for various load were observed. From the test results, the yield load and the fracture energy in the virtue of the area of the load-deflection curve. And according to the regression technique, some empirical formulae for predicting the fracture energy of GFRP pipes were also suggested. according to the performed fatigue tests, the followings can be detected : In the comparison result of residual strain calculated from the load-strain curve on the repeated loading cycles, it was found that the larger the laminaates of GFRP pipe under the fatigue load increases. This phenomenon is true until the fatigue failure. According to S-N curve drawn by the regression analysis on the fatigue test results. The fatigue strength of percent of the static ultimate strength increases by increasing the laminates of GFRP. The fatigue strength with 2,000,000 repeated loading cycles in GFRP pipe with the laminate of GFRP varing 15,25,35 shows 75.2%,79.5%, 84.2% on the static ultimate strength, repectively.
In the second research group, the failure behavior of glass fiber reinforced plastic(GFRP) plates containing a circular hole and crack is experimentally investigated under static and fatigue tensile loading. THe effects of discontinuity size(2R and a) and specimen width(W) on the notched tensile strength is examined. And, based on the correlation between the characteristic length(do and ao) associated with point stress criterion (PSC) and average stress criterion(ASC) and the specimen geometry(2R, a and W), a modified PSC and ASC are the specimen geometry(2R, a and W), a modified PSC and ASC are proposed. An excelent agreement is found between the experimental results and the analytical predictions of modified failure criterion. The condition of the unstable crack growth in the presence of a pre-existing flaw(machined crack and hole) is evaluated by means of the maximum stress intensity factor Kmax using maximum load Pmax. The values of Kmax determined from the energy release rate Gmax(the compliance method) and the standard expression normally used for isotropic materials(the isotropic method) indicate a wide difference. Therefore, in regard to anisotropy and heterogeneity of the composite materials, the modified shape correction factor f(sup)(*)(a/W) is obtained. When the unstable fracture occured for the hole specimens, the critical crack length equvalent for the damage zone size at the edge of hole is about twice the characteristic length. And, the critical energy release rate Gc is independent of hole size(0.03≤2R/W≤0.5) under the same specimen width. However, Gc increases with an increase in specimen width which can be explained by stress relaxation due to the notch sensitivity. It is shown in this study that the notch sensitivity under fatigue loading is lower than under static loading. It can be explained by the fact that the stress concentration is relaxed by the damage developed at the boundary of the circular hole. To predict the fatigue strength at a specific cycle, the modified point stress criterion(PSC) represented as a function of the geometry of the specimen geometry(2R and W) is applied. It is found that the model used in the prediction of the notched tensile strength predicts the fatigue strength with resonable accuracy. A model for predicts the fatigue strength with resonable accuracy. A model for predicting the fatigue life in the notched specimens, based on the S-NF curve in the smooth specimens, is suggested. The experimental results and the predicted fatigue life show good agreement. The modified failure criterion, the determination method of fracture toughness and the fatigue life model proposed in this study will be useful criterion for design of structures composed of composites materials.
In the 3rd research group, the finite element structural analysis program were developed to analyze Glass-Fiber-Reinforced-Plastic pipes using the degenerated isoparametric concept. This program(called GFRP) goes reasonably well with theorectical analysis because of assumed shear strain field and non-conforming displacement field. Analysis results show that the displacements in the GFRP plate is increasing as fiber angle increases with reduction of flexural stiffness. and the displacement in the GFRP pipe is decreasing as fiber angle increases with the stiffening of circumferential stiffness(say, hooptension). Consequently, it is concluded that fiber angle perpendicular to the longitudinal pipe axis should be used to analyze or design the GFRP pipes subjected to external or internal uniform loadings. Table 9. Flowchart of Program GFRP.
In the 4th research group, Limit state for reliability analysis was investigated in the aspects of the strength, buckling and fatigue. As the limit state have high order nonlinear, we suggested the effective reliability analysis methods. On the base of strength, buckling and fatigue reiability analysis, The frature propability of governing fracture modes was studied, and the guide of the limit state design criterion was developed. GFRP pipes produced by Taylored design were established in the reliability optimum design methods by the grossive frature propability, and we knew that the reliability analysis and optimum design were performed of the GFRP pipes structures by computer system. As compositions of this system was developed in the module forms of sub-systems having relation with the reliability analysis and optimum design, the progressive amendment and complement for high modules will be feasible.

목차 Contents

• -총괄과제...10
• -제1세부과제...59
• -제2세부과제...155
• -제3세부과제...256
• -제4세부과제...346