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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 조재웅
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 공주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
이 논문의 연구 히스토리 (7)
2020
2019
Al 6061과 Al-foam으로 접합된 이중외팔보 시험편의 면내 전단에 따른 접착제 파손 연구
김재원
,
이정호
,
조재웅
한국기계가공학회 춘추계학술대회 논문집
2019.10
학술대회자료
열린 모드에서의 CFRP-Al6061로 된 시험편을 이용한 접착계면의 피로 파괴 연구
김재원
,
조재웅
한국기계가공학회 춘추계학술대회 논문집
2019.10
학술대회자료
CFRP와 Al-foam으로 접합된 이중외팔보 시험편의 면내전단에 따른 접착제 피로 한도에 대한 연구
김재원
,
이정호
,
나우석
외 5명
한국기계가공학회 춘추계학술대회 논문집
2019.10
학술대회자료
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본 연구에서는 경량 재료인 CFRP, AL6061-T6 그리고 Aluminum foam을 사용하여 구조용 접착제의 파손 특성에 대한 연구를 진행하였다. 첫 번째로 재료의 대한 물성을 알기 위하여 인장 실험을 진행하였다. 그리고 그 결과값과 제조사의 밀시트를 연구하여 재료의 물성치를 파악하였다. 구조용 접착제의 파손 특성을 알기 위하여 먼저 단일 재료인 CFRP와 AL6061-T6를 사용하여 연구를 진행하였고 그 이후에 이종 접합 재료인 AL(AL6061-T6)-Al_Foam(Aluminum foam), CFRP-AL, CFRP-Al_Foam을 사용하여 단일 재료와 이종 접합 재료에 따른 결과를 비교하였다. 본 연구에 사용된 시험편은 이중외팔보 시험편으로 BS7991을 기반으로 설계하여 제작하였다. 시험편 거치 방법으로는 Mode Ⅰ의 경우, 접착 계면이 지면과 수평이 되도록 거치하였고 Mode Ⅱ는 미끄러짐 파손을 묘사하기 위하여 접착 계면이 지면과 직각이 되도록 거치하였다. Mode Ⅲ는 접착 계면이 지면과 수직으로 되도록 거치하여 실험을 진행하였다. 이와 같이 specimen을 거치한 후 실험 조건을 설정하였다. 실험 설정 조건으로는 모든 specimen이 동일하게 상단부는 1분당 3mm의 강제 변위를 가하였고 하단부는 고정하여 변위에 따른 반력을 측정하였다. 실험 결과로는 단일 재료를 이용한 시험편에서 Mode Ⅰ과 Ⅲ의 결과를 확인하였다. 반력, 응력, 비강도 그리고 에너지 해방률에서 모두 AL6061-T6가 CFRP에 비하여 높은 결과값을 가지고 있는 것을 실험을 통하여 알 수 있었다. Mode Ⅰ의 경우에는 크랙 파손의 초기에 높은 결괏값이 나오는 것을 알 수 있었다. Mode Ⅲ의 경우에는 최대값이 나오는 변위는 Mode Ⅰ에 비하여 후반에 나타났다. 그 이유로는 시험편의 변형으로 인한 것으로 판단된다. Mode Ⅱ의 결과를 보았을 때, 모든 결과값이 CFRP가 AL6061-T6에 비하여 높은 것을 실험을 통하여 알 수 있었다. 에너지 해방률을 확인하였을 때, 모든 재료에서 극 초반에 가장 높은 값이 나오는 것을 알 수 있었다. 그러나 CFRP와 AL6061-T6의 최대 에너지 해방률이 큰 차이가 나온 것을 알 수 있었고 이를 기반으로 Mode Ⅱ에서 CFRP의 변형에너지가 큰 것을 알 수 있었다. 이종 접합 재료를 이용한 specimen의 결과는 Mode Ⅰ과 Ⅲ의 모든 결괏값에서 CFRP-AL, AL-Al_Foam 그리고 CFRP-Al_Foam 순으로 높은 것을 알 수 있었다. Mode Ⅰ에서 균열 저항 곡선을 전체적으로 보았을 때 파괴 거동에 있어서 크랙 진전 초기에는 가장 높은 에너지 해방률이 나오는 것을 알 수 있었고 크랙의 마지막에서는 재료 조합에 따른 에너지 해방률의 차이가 크게 없는 것을 알 수 있었다. 그리고 Mode Ⅲ에서 균열 저항 곡선과 에너지 해방률을 확인하였을 때, CFRP가 들어간 이종 접합 재료가 더 빠르고 높게 에너지 해방률이 나온 것을 알 수 있었다. Mode Ⅱ의 결과에서 반력과 응력에서는 CFRP-AL, AL-Al_Foam 그리고 CFRP-Al_Foam 순으로 높은 것을 알 수 있었다. 비강도의 경우에는 CFRP-Al_Foam이 압도적으로 높은 것을 알 수 있었다. 전체적으로 CFRP가 들어간 조합이 알루미늄들로만 구성된 조합에 비하여 최대 반력 시점이 늦게 나타나는 것을 알 수 있었다. 단일 재료와 이종 접합 재료를 사용한 시험편의 전체적인 파손 경향을 서로 비교하였다. Mode Ⅰ과 Ⅲ에서는 AL-Al_Foam 조합이 가장 뛰어난 것을 알 수 있었다. 다만 Mode Ⅱ에서는 응력 상으론 CFRP가 가장 높았으나 비강도 측면에서는 CFRP-Al_Foam 조합이 가장 뛰어난 것을 알 수 있었다. 이를 기반으로 Al_Foam이 들어간 조합 재료가 경량성과 구조 안전성을 동시에 지닌 것을 알 수 있었다. 이 연구 결과들을 이용하여 접합된 이종 접합 재료를 자동차 샤시, 항공기와 드론 프레임에 효율적으로 적용될 수 있을 것으로 사료된다.
목차
Ⅰ. 서론 11.1 연구 배경 11.2 연구 목적 41.3 연구 내용 6Ⅱ. 이론적 배경 72.1 Failure Mode 72.2 Carbon Fiber Reinforced Plastic Theory 82.3 Energy Release Rate(Resistance curve) 10Ⅲ. 재료 물성 확보를 위한 인장 시험 123.1 재료별 인장 시험편 및 실험 조건 123.2 CFRP 인장 시험 결과 163.3 AL6061-T6 인장 시험 결과 173.4 Aluminum Foam 인장 시험 결과 18Ⅳ. 이중외팔보(Double Cantilever Beam) 시험편 형상 및 실험 조건 194.1 Mode Ⅰ & Ⅲ 시험편 형상 및 실험 조건 194.2 Mode Ⅱ 시험편 형상 및 실험 조건 23Ⅴ. 단일 재료를 사용했을 때의 구조용 접착제 파괴 특성 275.1 Mode Ⅰ에서의 재료에 따른 접착제 파손 실험 275.1.1 반력-변위 그래프 결과 275.1.2 응력-변위 그래프 결과 285.1.3 비강도-변위 그래프 결과 295.1.4 에너지 해방률-크랙 진전 그래프 결과 305.2 Mode Ⅱ에서의 재료에 따른 접착제 파손 실험 315.2.1 반력-변위 그래프 결과 315.2.2 응력-변위 그래프 결과 325.2.3 비강도-변위 그래프 결과 335.2.4 에너지 해방률-크랙 진전 그래프 결과 345.3 Mode Ⅲ에서의 재료에 따른 접착제 파손 실험 355.3.1 반력-변위 그래프 결과 355.3.2 응력-변위 그래프 결과 365.3.3 비강도-변위 그래프 결과 375.3.4 에너지 해방률-크랙 진전 그래프 결과 385.4 단일 재료를 이용한 시험편의 접착제 파손 특성 고찰 39Ⅵ. 이종 접합 재료를 사용했을 때의 구조용 접착제 파괴 특성 406.1 Mode Ⅰ에서의 재료 조합에 따른 접착제 파손 실험 406.1.1 반력-변위 그래프 결과 406.1.2 응력-변위 그래프 결과 416.1.3 비강도-변위 그래프 결과 426.1.4 에너지 해방률-크랙 진전 그래프 결과 436.2 Mode Ⅱ에서의 재료에 따른 접착제 파손 실험 446.2.1 반력-변위 그래프 결과 446.2.2 응력-변위 그래프 결과 456.2.3 비강도-변위 그래프 결과 466.2.4 에너지 해방률-크랙 진전 그래프 결과 476.3 Mode Ⅲ에서의 재료에 따른 접착제 파손 실험 486.3.1 반력-변위 그래프 결과 486.3.2 응력-변위 그래프 결과 496.3.3 비강도-변위 그래프 결과 506.3.4 에너지 해방률-크랙 진전 그래프 결과 516.4 이종 접합 재료를 이용한 시험편의 접착제 파손 특성 고찰 52Ⅶ. 결론 53참고문헌 55ABSTRACT 58
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