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연구개요
복합재료는 무게대비 우수한 강도와 강성을 가져 다양한 산업에서 사용되고 있으며, 특히 카본 프리프레그(Carbon prepreg)를 적층하여 제조한 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)는 고강도와 경량성을 두루 갖춰 항공, 방산 등의 첨단제품 뿐만 아니라 자동차 산업, 레저 산업 등 다양한 분야에서 매우 널리 사용되고 있다.
CFRP는 금속과 달리 일체형으로 성형하기 힘든 경우가 많기 때문에 파트(Part)를 여러 개 만든 뒤 체결(Bolting)하거나 접합(Joining)하여 사

연구개요
복합재료는 무게대비 우수한 강도와 강성을 가져 다양한 산업에서 사용되고 있으며, 특히 카본 프리프레그(Carbon prepreg)를 적층하여 제조한 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)는 고강도와 경량성을 두루 갖춰 항공, 방산 등의 첨단제품 뿐만 아니라 자동차 산업, 레저 산업 등 다양한 분야에서 매우 널리 사용되고 있다.
CFRP는 금속과 달리 일체형으로 성형하기 힘든 경우가 많기 때문에 파트(Part)를 여러 개 만든 뒤 체결(Bolting)하거나 접합(Joining)하여 사용하는 경우가 많은데, 과거에는 복합재료의 접합에 볼트, 너트에 의한 체결이나 압력을 이용한 끼워맞춤 방식을 사용하였으나, 이는 접합부의 체결압력에 의해 제품의 파손 및 변형을 가져올 수 있으며 국부적으로 강도저하를 야기하여 외부 하중에 매우 취약해진다. 또한 수지를 녹이는 용접의 경우 열 변형과 열응력으로 인한 강도저하가 발생하기 때문에 완성된 접합 구조물의 파손을 예측하기 어렵다. 이런 기존의 결점을 보완하기 위해, 에폭시 접착제와 같은 특수 접착제를 이용하여 복합재료를 접합(Adhesive joining)한 구조물들의 사용이 증가하고 있지만, 충분한 안전율을 지니고 설계된 접합 구조물들에서 피로충격에 의해 파손되는 사례가 증가하고 있다. 복합재료 접합부에서의 파손은 그 거동이 매우 복잡하고, 동일한 모드의 파손이라도 어떻게 파손이 일어나느냐에 따라서 Cohesive, Adhesive 등 매우 다양한 유형이 존재함을 알 수 있으며, 이는 접합된 복합재료의 수명 및 안정성을 예측하는 것이 그만큼 어렵다는 것을 단적으로 보여준다. 특히 피로충격에 의한 파손은 예측하기가 어려워 안정성을 정확히 제시하기가 곤란하다는 단점이 있는데, 이는 복합재료의 사용처 확산을 위축시키는 한 요인이기 때문에 시급히 해결해야 할 중요한 문제 중 하나이다. 즉, 접합된 복합재료는 사용 방법에 따라 다양한 형태의 외부 하중을 받으며 이러한 하중들은 복합재료의 파손에 각자 다른 형태로 영향을 미치므로 하중의 유형별로 안정성을 평가하기 위한 연구가 요구된다.

연구 목표대비 연구결과
- 적층각도에 따른 CFRP복합재의 재질특성과 인장 및 피로환경에서의 파손특성을 파악할 수 있었으며 이를 통해 구조안정성을 갖출 수 있는 최적설계 파라메터를 확보할 수 있었다.
- 형상계수에 따른 CFRP복합재의 재질특성과 인장 및 피로환경에서의 파손특성을 파악할 수 있었으며 이를 통해 구조안정성을 갖출 수 있는 최적설계 파라메터를 확보할 수 있었다.
- 실험과 해석을 통해 이론식의 적용을 통한 사전 데이터의 정확성파악을 할 수 있어 기반설계데이터를 확보할 수 있었다.
- 본 연구를 통하여 충격피로가 작용되는 접착제로 접합된 복합재 구조물의 파단을 예측하고 동적 파손 해석을 정확히 할 수 있는 기초가 마련될 것으로 판단되며, 또한 접합된 복합재가 충격피로 하중을 받음으로 인해 접합면을 따라서 동적 균열선단이 전파될 때, 그 파괴 거동 및 임계 파괴 에너지 GC의 값을 예측할 수 있는 방안이 제시될 것이다. 그리고 접착제로 접합된 복합재의 동적 균열 문제를 규명함으로써 균열의 전파 시작점, 끝점 또는 균열의 전파방향을 예측할 수 있다. 또한 유한 요소분석을 통하여 시뮬레이션 해석을 함으로서 접합된 복합재 구조물의 충격피로에 의한 파손형상을 비교적 쉽게 규명할 수 있고, CFRP 제작 시 Lamina의 적층각도에 따른 기계적 거동의 특징을 시뮬레이션을 통해 사전 점검하여 최적의 안전설계에 필요한 기초 자료가 제시될 것이므로 이러한 구조물을 최적 설계할 수 있는 기본 연구가 될 것이라 사료된다.

연구개발결과의 중요성
복합재료 접합 구조물에 대한 피로충격 실험 및 시뮬레이션과 관련된 기술은 복합재료의 설계 및 개발, 제조기술 및 가공기술의 개발단계에서 시간 및 비용을 최소화하는데 적용할 수 있을 것으로 사료된다. 복합재료의 접합은 기존의 기계식 접합에서 벗어나 자동차, 선박, 항공기 등의 설계와 유기적인 관계를 가지며 충격피로, 균열에 대한 접합 구조물의 파괴 거동과 특성에 대한 연구가 필수적으로 요구되므로, 본 연구를 통해 얻어진 학문적인 이론 정립과 실험적인 결과를 토대로 충격피로를 받는 구조물과, 균열에 의한 성장으로 인한 파괴가 예상되는 구조물에 관계된 파괴특성을 확립하고 산업분야로의 반영되도록 정립한다. 또한 이러한 실험적 데이터를 얻기 위한 선행과정으로 CFRP가 적용된 구조물의 기계적인 특성을 유사하게 표현한 컴퓨터 모델링을 통한 시뮬레이션으로 그 결과를 검증함으로써 실험과정을 사전 검토하며 실험데이터와 비교할 수 있는 기반데이터를 확보한다. 또한 본 연구를 통해 관련 기술 및 시뮬레이션 해석 과정 및 결과를 습득함으로서 향후 복합재료 제조 및 공정개발에 적용 가능한 물적, 인적 기반을 구축하고자 한다.

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 본 연구의 필요성 ... 4
• 2) 연구 목표 ... 6
• 3) 연구에 사용되는 기초이론 ... 7
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 1) 연구의 수행내용 ... 7
• 2) 연구의 수행방법 ... 8
• 3) 연차별 연구수행내용 ... 9
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 10
• 1) 연구결과의 의의 및 중요성 ... 10
• 2) 연구결과의 기대성과 ... 11
• 4. 참고문헌 ... 12
• 5. 연구성과 ... 15
• 끝페이지 ... 53