초록 ▼

복합재료의 파괴강도는 그의 구성물질의 계면에서 발생하는 계면균열의 인성치에 매우 깊은 관계가 있다. 일반적으로 계면을 따라 진전하는 균열은 혼합모우드를 가지므로, 계면균열을 특성화시키기 위해서는 전체 모우드 영역에 대한 파괴인성치를 구하여야 한다. 본 연구에서는 수치해석적인 방법과 실험적인 방법에 의하여 혼합모우드의 형태를 보이는 계면균열의 균열진전현상을 살펴보았다. 실험적인 해석을 위하여 파괴변수가 균열길이와는 무관하고 넓은 영역의 모우드혼합도(-90°＜ψ＜73°)를 보이는 편측균열스트립 시험편이 제안되었다. 제안된 시험

복합재료의 파괴강도는 그의 구성물질의 계면에서 발생하는 계면균열의 인성치에 매우 깊은 관계가 있다. 일반적으로 계면을 따라 진전하는 균열은 혼합모우드를 가지므로, 계면균열을 특성화시키기 위해서는 전체 모우드 영역에 대한 파괴인성치를 구하여야 한다. 본 연구에서는 수치해석적인 방법과 실험적인 방법에 의하여 혼합모우드의 형태를 보이는 계면균열의 균열진전현상을 살펴보았다. 실험적인 해석을 위하여 파괴변수가 균열길이와는 무관하고 넓은 영역의 모우드혼합도(-90°＜ψ＜73°)를 보이는 편측균열스트립 시험편이 제안되었다. 제안된 시험편을 근거로 한 실험 장치를 개발하였다. 실험장치는 고정밀 이축 충간분리 시험기와 균열수직개구변위 측정장치로 구성되어 있다. 이축 충간분리 시험기는 이축에 대하여 독립적으로 변위를 부여할 수 있으므로 매우 넓은 영역의 모우드혼합도를 발생시킬 수 있고 시험편에 가해진 변위 및 하중을 잴 수 있는 장치가 부착되어 여러가지의 장점을 가지고 있다. 균열수직개구변위 측정장치는 광학적인 간섭을 이용하여 계면균열 선단 주위에서의 균열수직개구변위(NCOD)를 측정할 수 있으며 이로 부터 계면균열의 형상, 균열선단 주위의 특이성, 균열접촉 현상 등을 해석할 수 있다. 이축 충간분리 시험기를 이용하여 실험을 통해 각 파괴 모우드가 균열의 발생과 진전에 미치는 거동을 살펴보았다. 개발한 실험장치를 이용하여 편측 균열스트립 시험편에 다양한 변위를 부여함으로써 -80°＜ψ＜50°의 모우드혼합도를 이끌어내었으며, 실험결과 파괴 모우드 중에서 전단성분이 증가할 수록 파괴인성치가 증가함을 볼 수 있었다. 본 연구를 통하여 얻어진 결과로 이종재료에서의 계면균열 문제를 해석하게 되면 계면분리 현상의 해석에 기여할 것이며, 이는 복합재료의 적충 파괴현상이나 접합 구조물 등의 해석과 실제 응용으로는 반도체 패키지 및 차세대 자동차, 항공기 그리고 우주선 등의 개발에 있어서 구조해석이나 설계 등에 커다란 도움이 되리하고 생각된다.

Abstract ▼

It has become increasingly clear that the fracture resistance of composite materials can be strongly affected by the toughness of the interface between constituents. In general, if a crack is constrained to grow along the interface, then the growth is inherently mixed mode in nature and troughness

It has become increasingly clear that the fracture resistance of composite materials can be strongly affected by the toughness of the interface between constituents. In general, if a crack is constrained to grow along the interface, then the growth is inherently mixed mode in nature and troughness data over the full range of mode mixity must be found in order to characterize the interfacial crack growth completely. The purposes of this work were to determine the specimen geometry and to develop the high-precision biaxial delamination tester with crack opening interferometry for experimental analyses of with crack opening interferometry for experimental analyses of interfacial crack opening interferometry for experimental analyses of interfacial crack problems. As a results, the specimen geometry selected was an edge-creacked bimaterial strip, which gave rise to crack length independence of fracture parameters and mode mixity. Preliminary analysis revealed that the potential mode mixity range for positive bond-normal applied displacements was from -90°＜ψ＜73°. A biaxial delamination tester, which was capable of controlling applied displacements in two perpendicular directions, was developed. In addition to the usual measurements of loads and displacements, normal crack opening displacements(NCOD) were measured near the crack front using crack opening interferometry in order to examine near tip asymptotics and crack face contact. A hybrid procedure for extracting stress intensity factors based on the measured NCOD and complementary finite factors based on the measured NCOD and complementary finite elements analyses was then developed. Experiments for interfacial crack initiation were conducted using the biaxial delamination tester. Under normal applied displacements, there was a good agreement with the numerical and experimental NCOD. Contact zone sizes under positive tangential applied displacements agreed well with finite element predictions. From the series of mixed-mode crack initiation experiments for mixities ranging from -80°＜ψ＜50°, it could be seen that there was a large increase in toughness with large shear components.

목차 Contents

• 1. 서론...7
• 1.1 서언...7
• 1.2 연구배경...7
• 1.3 연구목적...8
• 1.4 기대되는 효과...9
• 2. 연구방법 및 이론...10
• 2.1 서언...10
• 2.2 시험편의 선정...12
• 2.3 실험장치의 개발...30
• 3. 결과 및 고찰...43
• 3.1 서언...43
• 3.2 계면균열의 거동...43
• 4. 결론...60
• 인용문헌...61