초록 ▼

다축섬유구조 복합재료에 대한 세계적인 연구추세에 대응하고 로봇과 같은 첨단산업기계, 자동차산업, 항공우주산업 및 건축토목산업분야에서의 다축섬유 구조 복합재료에 대한 수요를 충족시키기 위하여 경제성 있는 생산방법에 대 한 연구가 필요한 실정이다. 특히 다축섬유구조 복합재료의 대량생산용 판재성 형에 관한 연구, 항공우주산업용 고성능 복합재료부품의 구조보지성과 충격강 도 및 피로강도 등의 개선에 대한 연구, 센서를 내부에 장착시킨 지능형 복합 재료에 대한 연구 및 나노섬유 복합재료 기술에 대한 연구가 더욱 절실히 요 구되고 있다. 다축섬

다축섬유구조 복합재료에 대한 세계적인 연구추세에 대응하고 로봇과 같은 첨단산업기계, 자동차산업, 항공우주산업 및 건축토목산업분야에서의 다축섬유 구조 복합재료에 대한 수요를 충족시키기 위하여 경제성 있는 생산방법에 대 한 연구가 필요한 실정이다. 특히 다축섬유구조 복합재료의 대량생산용 판재성 형에 관한 연구, 항공우주산업용 고성능 복합재료부품의 구조보지성과 충격강 도 및 피로강도 등의 개선에 대한 연구, 센서를 내부에 장착시킨 지능형 복합 재료에 대한 연구 및 나노섬유 복합재료 기술에 대한 연구가 더욱 절실히 요 구되고 있다. 다축섬유구조 복합재료의 설계 및 제작에 관한 국내의 기술 현황은 아직 초 보단계에 있으며 산업적 응용은 미미하다. 특히 지능화 복합재료에 대한 국내 기술이 취약하며 이는 센서와 actuator제작에 필수적인 소재 기술의 낙후성, 지능형 구조물 설계에 대한 경험부족, textile 복합재료 생산기술의 부재, 기술 개발에 대한 소극적 투자에 기인한다. 그러나 각각의 핵심기술 분야에서는 국 내에서도 어느 정도 잠재적 기술력을 보유하고 있기 때문에 이를 종합적으로 연계하여 시스템화하는 기술을 개발한다면 상당한 수준의 기술력을 확보할 수 있을 것으로 예상된다. 앞으로 국내에서도 다축섬유구조 복합재료의 최적설계 및 성형기술에 대한 연구를 활발히 진행하여 3차원 textile 복합재료의 제작기 술, 하이브리드화 기술, 센서 및 actuator가 적용된 다축섬유구조의 최적설계기 술, 센서 및 actuator의 배치기술 등을 개발하여야 한다.

Abstract ▼

To meet the ever increasing demands for cutting-edge technology of new advanced materials in industries involving robotics, automotive, aerospace and civil engineering, research to develop process optimization technology for hybrid multi-axial textile composites has been carried out in this project.

To meet the ever increasing demands for cutting-edge technology of new advanced materials in industries involving robotics, automotive, aerospace and civil engineering, research to develop process optimization technology for hybrid multi-axial textile composites has been carried out in this project. During the first stage of the research program, forming process and fabrication technology have been developed and as basis for design methods to optimize the performance of composites, the resin transfer molding (RTM) process and elasto-plastic behavior have been analyzed for preforms and final composites. In particular, a 3-D circular braiding machine with 2016 carriers has been assembled and technology to fabricate preforms of multi-axial textile composites has been established using the machine. For preforms fabricated, the resin transfer in RTM has been analyzed and elasto-plastic performance also has been evaluated for resulting final composites in order to optimize process as well as composite structures. During the second stage of the program, application of the process optimization technology has been extended for hybrid multi-axial composites including functionally gradient composites with/without embedded fiber optic sensors and actuators. With fiber optic sensors and actuators embeded, smart composites concept was implemented to multi-axial composites in order to monitor and also to properly react to external disturbances. Besides, a new homogenization method has been developed to predict the elasto-plastic properties of unit cells by further improving the cell method previously proposed. The research results achieved during the program on fabrication and analysis as well as design will provide basic technologies necessary to realize high-performance hybrid multi-axial textile composites harnessed with such superior properties as high-resistance to fatigue and impact, strong bending stiffness with light-weight. Furthermore, the multi-axial structure of composites is greatly effective in enhancing mechanical properties in durability and thermal conductivity beyond the limit of conventional layer-structured composites, thus enabling extensive usage of textile composites in various applications.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요...15
• 제 1 절 연구개발 개요...15
• 제 2 절 연구개발의 필요성...16
• 제 3 절 연구의 목표 및 범위...17
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...19
• 제 1 절 국내외 연구개발 현황...19
• 제 2 절 현 기술상태의 취약성...20
• 제 3 절 앞으로의 전망...20
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...22
• 제 1 절 3차원 circular braided 복합재료의 최적구조 modeling...22
• 제 2 절 Textile 복합재료의 박판성형을 위한 직접설계법의 개발...49
• 제 3 절 Textile 복합재료의 비직교 구성방정식...67
• 제 4 절 Textile 복합재료 성형을 위한 비정상 평면변형률 이상 유동...73
• 제 5 절 3차원 원형 브레이딩 복합재료의 역학적 구조해석...79
• 제6절 셀방법과 유한요소법을 이용한 하이브리드3차원 브레이드 섬유강화복합재료의 역학적 해석...87
• 제 7 절 탄소성 구성 방정식을 이용한 섬유 강화 복합 재료의 역학적 해석...97
• 제 8 절 삼차원 원형 브레이딩 프리폼의 투과율계수 예측...115
• 제 9 절 다층 프리폼에 대한 삼차원 충진해석...125
• 제 10 절 다층 프리폼에서의 유동선단 관찰...142
• 제 11 절 수지이송성형을 위한 원형 브레이딩 프리폼의 투과율계수 측정...152
• 제 12 절 카본 나노튜브 복합재료의 제조 및 물성 측정...162
• 제 13 절 광섬유 센서를 삽입한 다축섬유구조 복합재료...177
• 제 14 절 유리/에폭시 브레이드 복합재료의 충격 거동 해석...191
• 제 15 절 유리/케블라 하이브리드 복합재료의 충격 거동...212
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...220
• 제 1 절 연차별 연구내용 및 달성도 ...220
• 제 2 절 관련분야 기술발전에의 기여 사례...221
• 제 5 장 연구개발 결과의 활용계획...223
• 제 1 절 연구개발 결과의 활용 분야...223
• 제 2 절 연구개발결과의 구체적 활용방안...224
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...226
• 제 1 절 3차원 circular braided 복합재료의 최적구조 modeling...226
• 제 2 절 다축섬유구조 복합재료의 역학적 해석...226
• 제 3 절 삼차원 원형 브레이딩 프리폼의 투과율계수 예측...228
• 제 4 절 다층 프리폼에 대한 삼차원 충진해석...228
• 제 5 절 다층 프리폼에서의 유동선단 관찰...229
• 제 6 절 수지이송성형을 위한 원형 브레이딩 프리폼의 투과율계수 측정...230
• 제 7 절 카본 나노튜브 복합재료의 제조 및 물성 측정...230
• 제 8 절 광섬유 센서를 삽입한 다축섬유구조 복합재료...231
• 제 9 절 유리/에폭시 브레이드 복합재료의 충격 거동 해석...232
• 제 10 절 유리/케블라 하이브리드 복합재료의 충격 거동...233
• 제 7 장 참고문헌...235