초록 ▼

본 연구의 주목적은 직교 탄소섬유 복합재료(CFRP) 튜브에 비틀림 하중과 축방향의 복합하중을 가할 때 파단 강도와 피로수명에 미치는 이축하중비의 영향을 고찰하고, 다축하중 하에서 복합재료의 파단 강도와 피로수명 해석 방법을 개발하는데있다.이축 하중이 작용하는 섬유 강화 플라스틱 튜브의 축방향 수축과 대변형의 측정이 실험과 이론을 통해서 연구 되었다. 대변형에 대한 스트레인 게이지의 측정을 통해서 변형률을 계산하는 식이 변형 이론을 기초로 해서 유도되었다. 튜브의 축방향 수축은 응력, 비틀림각과 초기 축방향 탄성 계수의

본 연구의 주목적은 직교 탄소섬유 복합재료(CFRP) 튜브에 비틀림 하중과 축방향의 복합하중을 가할 때 파단 강도와 피로수명에 미치는 이축하중비의 영향을 고찰하고, 다축하중 하에서 복합재료의 파단 강도와 피로수명 해석 방법을 개발하는데있다.이축 하중이 작용하는 섬유 강화 플라스틱 튜브의 축방향 수축과 대변형의 측정이 실험과 이론을 통해서 연구 되었다. 대변형에 대한 스트레인 게이지의 측정을 통해서 변형률을 계산하는 식이 변형 이론을 기초로 해서 유도되었다. 튜브의 축방향 수축은 응력, 비틀림각과 초기 축방향 탄성 계수의 함수로 예측될 수 있다. 이 방정식의 유용성을 검증하기 위해서 cross-ply carbon/epoxy 복합재료 튜브에 대한 일축하중과 인장/비틂 이축하중에서의 파괴실험을 수행하였다. 시험기의 LVDT(linear variable differential transformer)와ADT(angular displacement transducer)의 신호를 대변형에 관한 이축하중 실험의 변형률측정에 이용하였다. 예측된 CFRP의 축방향 수축량은 시험기의 LVDT의 결과와 잘 일치하였다.현상학적인 파괴조사에서 이축비에 의존하는 세가지 파괴 모드를 제시하고 그에 따른파괴 기구를 제시하였다. 파단면의 현미경 관찰에 기초하여 미시적 파괴를 이축비의 함수로서 조사하였고, 섬유강화 복합재료 튜브의 성능 향상을 위한 제조법을 제안하였다. 낮은이축비에서 강도향상의 인자는 모재의 강도, 이음새의 결합강도, 섬유와 모재 분포의 균일함등이고, 높은 이축비에서는 섬유의 강도가 재료의 강도를 지배하는 것으로 분석되었다.강도특성과 강도분포는 이축응력비의 함수로 평가가 이루어졌으며, 산포도는 Weibull분포함수를 이용하여 분석하였다. 복합재료의 복잡한 거동 기술에 관한 새로운 접근방법을 제시하고, 파단강도와 피로수명를 예측하기 위해 신경회로망이 도입되었으며 학습을 위한 error back propagation(ERP) 알고리즘을 이용하였다. 실험데이타와 최적 텐서 다항식 이론을 이용하여 Tsai-Wu이론을 보다 나은 예측을 할 수 있게 하였다. 신경회로망이가장 좋은 예측 결과를 보였다. 신경회로망을 이용하여 구한 피로수명 포락선은 재료의피로 한도와 피로민감도를 도식적으로 제공한다.

Abstract ▼

The main objective of this research is to investigate the effectsof biaxial loading ratios on the strength and fatigue fracture behavior of cross-plytubular CFRP and to develop analytical method for predicting strength and fatigue life ofcomposite materials under multiaxial loading.Large strai

The main objective of this research is to investigate the effectsof biaxial loading ratios on the strength and fatigue fracture behavior of cross-plytubular CFRP and to develop analytical method for predicting strength and fatigue life ofcomposite materials under multiaxial loading.Large strain measurement and axial contraction of an FRP tube under biaxialloading were investigated theoretically and experimentally. The equation forcalculating strains from strain gage measurements for the case of large deformation wasderived based on the kinematic analysis of deformation. The signal of a linear variabledifferential transformer (LVDT) and angular displacement transducer (ADT) of a testingmachine were adopted for strain measurement in the biaxial test involving fairly largedeformation. Before mechanical testing the undamaged specimens were inspected tocharacterize the source of first material damage. Axial contraction of a tube could bepredicted as a function of stresses, a twist angle and an initial elastic modulus of theaxial direction. The prediction of axial contraction of a CFRP tube agreed well withthe LVDT result of the testing machine. Fracture morphology and failure mechanismsof CFRP have been investigated by scanning electron microscopy and phenomenologicalanalysis following biaxial testing. From phenomenological failure analysis three typesof failure mode were presented, depending on the biaxial ratio, and the correspondingfailure mechanisms are suggested. Based on fractographic observations of the fracturesurface, microscopic failure was investigated at various biaxial ratios, and it issuggested how to improve the performance of fiber reinforced composite materials tubefor engineering applications.Strength properties and distributions were evaluated with reference to the biaxialloading ratio. The scattering of the biaxial strength data was analyzed using aWeibull distribution function. Artificial neural networks were introduced to predictfailure strength and fatigue life using the error back propagation algorithm for learning.ANN has smallest RMS error of the models considered in this research. Furtherprediction is made by Tsai-Wu theory using experimental data and one combinedoptimized tensor polynomial theory. ANN has sufficient flexibility as presented instatic fracture and fatigue failure, to describe the large diversity of fatigue failurebehaviors exhibited by FRP. Fatigue life contours provide an information for thefatigue limit and the fatigue sensitivity of stress conditions applied to a material.

목차 Contents

• 1 서론...7
• 2 연구 방법 및 이론...8
• 3 결과 및 고찰...20
• 4 결론...35
• 5 인용문헌...35
• 연구수행관련 논문발표목록서...38
• 자체평가서...40