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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
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브레이딩 복합재료(braiding composite)는 섬유 강화 복합재료의 한 종류로 높은 비강성과 비강도를 갖기 때문에 경량 설계가 요구되는 항공우주 및 자동차분야에서 주재료로 사용되고 있다. 또한 단일방향 복합재료와 비교하여 층간분리(delamination) 등 복합재 구조 파손에 덜 취약하며 균형된 평면 성질, 높은 중량비, 유연성 등의 장점으로 항공우주 및 여러 산업 분야에 크게 활용되고 있다. 이러한 장점을 바탕으로 브레이딩 복합재료를 구조물에 적용하고 설계하기 위해서는 우선 브레이딩 복합재료의 기계적 성능(강성, 강도)을 확보해야 한다. 브레이딩 복합재료는 섬유(fiber)와 수지(resin)의 소재 종류, 섬유 다발의 사양과 형상, 섬유 부피 분율(fiber volume fraction, FVF), 브레이딩 각도 등 다양한 제조 변수에 따라 기계적 성능이 달라질 수 있다. 이러한 브레이딩 복합재료의 기계적 성능은 적용 소재 및 제조 변수를 고려한 시편 시험을 통하여 얻을 수 있지만, 제조 변수를 만족하는 실험을 수행하기 위해서는 매우 많은 시간과 비용이 요구된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 적용 소재의 종류와 제조 변수를 고려한 기계적 성능을 예측할 수 있는 기법에 대한 연구가 많이 진행되었지만, 실제 설계 및 해석 단계에서 단기간에 비교적 정확한 기계적 성능을 효과적으로 예측할 수 있는 기법이 명확하게 정립되어있지 않다. 본 논문은 직물 복합재료 중 2차원 3축 브레이딩 복합재료(2D triaxial braiding composite)에 대하여 기본적인 단면 구조를 반복경계조건이 적용되는 반복단위격자(repeating unit cell, RUC)로 정의하고, 실제 섬유 다발의 형상 및 단면적을 보다 잘 근사할 수 있도록 섬유다발의 간극(gap)을 고려하여 모델링하였다. 또한 이를 이용하여 3축 브레이딩 복합재료의 적용 소재의 종류 및 제조 변수에 따른 기계적 강도를 해석적으로 예측 가능한 효과적인 방법을 연구하였다. 먼저 NASA에서 개발한 직물 복합재료의 기계적 성능 예측 프로그램(‘TEXCAD’)의 결과와 NASA에서 수행한 실험 데이터를 기준으로 자체 개발 프로그램의 예측 정확도에 대한 비교 및 평가를 수행하여 연구의 효용성을 고찰하였다. 또한 2차원 3축 브레이딩 복합재료에 대한 시편을 제작하고 인장시험을 수행하여 연구에서 제안된 반복단위격자와 강도 예측에 대한 해석적 기법의 정확도를 검증하였다. 본 논문의 예측 기법은 인장 강도에 대하여 높은 정확도를 보였으며, 이를 통해 실제 브레이딩 복합재료 구조에 대한 기계적 강도에 대해서 해석적으로 예측 가능한 효과적인 방법을 제안하였다.
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