곡률을 갖는 CFRP 적층쉘의 적층배향에 따른 관통 특성

조영재(Young Jea Cho),양인영(In Young Yang) 한국자동차공학회 2005 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.2005 No.5_2

Currently, carbon fiber reinforced plastic(CFRP) are widely used in both space and civil aircraft due to their superior stiffness and strength to weight ratio compared to conventional metallic materials. This paper is to study the effects of curvature radius and laminate configuration on the penetration characteristics of composite laminated shell. Composite laminate used in this test are CFRP orthropic laminate plate, which are staked with two-interfaced [0₃/90₃]s and [+45₃/-45₃]s. They are manufactured to varied curvature radius(R=100, 150, 200㎜ and∞). They are cured by heating to the appropriate harding temperature(130℃) by mean of a heater at the vacuum bag of the autoclave. Test specimen were prepared with dimensions 100㎜x140㎜. When the specimen is subjected to transverse impact by a steel ball, the velocity of the steel ball was measured both before and after impact by determining the time for it to pass two ballistic-screen sensor located a known distance apart. Critical penetration energies of specimen [0₃/90₃]s higher than those of [+45₃/-45₃]s specimen.

CFRP 적층쉘의 적층구성 및 곡률 변화에 따른 관통 특성

조영재(Young Jea Cho),김영남(Young Nam Kim),양인영(In Young Yang) Korean Society for Precision Engineering 2005 한국정밀공학회지 Vol.22 No.2

곡률변화가 CFRP 적층쉘의 관통특성에 미치는 영향

조영재,이상훈,김영남,양인영 한국공작기계학회 2004 한국공작기계학회 추계학술대회논문집 Vol.2004 No.-

Currently, carbon-fiber reinforced plastics(CFRP) are widely used in both space and civil aircraft due to their superior stiffness and strength to weight ratios compared to conventional metallic materials. This paper is to study the effects of curvature and stacking sequence on the penetration characteristics of composite laminated shell. And were performed to investigate the penetration characteristics of composite laminated shells by the oblique impact. They are stacked to [0₃/90₃]_(s), [90₃/0₃]_(s) and [0₂/90₃/0]_(s), [90₂/0₃/90]_(s) their interlaminar number two and fore. They are manufactured to varied curvature radius (R=100,150,200㎜ and ∞). When the specimen is subjected to transverse impact by a steel ball, the velocity of the steel ball was measured both before and after impact by determining the time for it to pass two ballistics-screen sensor located a known distance apart. In general, the critical penetration energy interface decrease and slope angle on the impact surface increased. [0₃/90₃]_(s) and [0₂/90₃]_(s) specimens higher than [90₃/0₃]s and [90₃/0₃/90]_(s) specimens.

공명초음파분광법을 이용한 광컨넥터용 결합소자의 비파괴 검사

김성훈,조영재,백경윤,양순호,민한기,양인영 朝鮮大學校 機械技術硏究所 2004 機械技術硏究 Vol.7 No.1

본 연구의 목적은 비파괴 평가방법인 공명초음파분광법(RUS)을 사용하여 세라믹제 페롤과 볼렌즈의 결함과 형상오차를 평가하는 것이다. RUS시스템은 스펙트럼에너라이저,파워 엠플리파이어,압전진동자센서와 지지프레임으로 구성되어진다. RUS 시스템에 의한 페롤과 볼렌즈의 비파괴평가를 위해 본 연구에서는 각 시험편에 대한 공진주파수를 측정하였으며,측정된 공진 주파수의 비교분석에 의해 결함의 유 · 무를 판별하였다. 그 결과 페롤의 경우,크랙을 갖는 페롤의 공진주파수 대역이 양품페롤의 공진 주파수 대역보다 고주파대역으로 이동함을 알 수 있었으며,볼렌즈의 경우,시험편 질량이 감소함에 따라 공진주파수 대역이 고주파 대역으로 이동함을 알 수 있었다. 또한 볼렌즈의 공진주파수가 측정되는 대역을 예측할 수 있는 파라메타인 β를 설정하여 그 결과를 고찰하였다. The objective of this paper is to evaluate the defect and shape error of a ceramic ferrule and ball lens by Resonant Ultrasound Spectroscopy(RUS) method. RUS system is consisted of spectrum analyzer, power amplifier, PZT sensor, and support frame. For nondestructive evaluate by using RUS system, first of all, we measured the natural frequency of each specimen, and we decided on the shape and size of flaw by measured natural ferquencies. And then, in the case of ferrule, natural frequency bandwidth of ferrule with crack was higher than acceptable ferrule. As mass of ball lens decreased, natural frequency bandwidth was shifting to high-frequency range. Thus, we discussed on the relationship between β and mass of ball lens, which β is parameter that we can predict measurable natural frequency bandwidth of ball lens.

경량화용 AI/CFRP 사각튜브의 적층각과 두께에 따른 압궤특성

임광희,양인영,이길성,조영재,김성훈 朝鮮大學校 機械技術硏究所 2004 機械技術硏究 Vol.7 No.2

알루미늄 튜브와 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics) 튜브는 대표적인 경량화 재료이지만, 축 하중을 받을 때 압궤되는 메커니즘이 상이하다. 알루미늄 튜브는 안정적인 소성변형에 의해서 에너지를 흡수하나, CFRP 튜브는 알루미늄 튜브에 비하여 비강도, 비강성은 높으나 불안한 취성파괴에 의해서 에너지를 흡수한다. 본 논문에서는 두 재료의 단 점을 상호 보안하고 장점에 대한 상승효과를 기대하기 위하여, CFRP의 적층각과 두께변화를 주어 알루미늄 사각튜브의 외면을 감싸 적층하여 강화시킨 Al/CFRP 튜브를 가공하여 축 압궤실험을 행하여 압궤거동과 에너지흡수특성을 고찰하였다. 그리고 알루미늄 사각튜브와 CFRP 사각튜브의 압궤실험을 행하여 Al/CFRP 사각튜브와 비교하였다. 고찰결과, Al/CFRP 사각튜브의 압궤는 알루미늄 튜브의 좌굴을 계기로 하여 CFRP 튜브의 불안한 취성파괴의 단점을 보완하여 비교적 안정적인 압궤모드를 보였다. Al/CFRP 사각튜브는 CFRP 적층각과 두께에 의해 4가지 대표적인 압궤모드를 보였으며, 압궤모드는 에너지흡수 특성을 나타내는 중요한 척도가 되었다. 또한, Al/CFRP 사각튜브가 알루미늄 튜브와 CFRP 튜브에 비하여 단위 질량당 흡수에너지가 높아 경량화 효과가 크다는 것을 알 수 있었다. An aluminum or CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics) tube is representative light-weight materials but its axial collapse mechamism is different from each other. The aluminum tube absorbs energy by stable plastic deformation. while the CFRP tube absorbs energy by unstable brittle failure with higher specific strength and stiffness than those in the aluminum tube. In an attempt to achieve a synergy effect by combining the two members. aluminum/CFRP square tubes were manufactured. which are composed of aluminum tubes wrapped with CFRP outside aluminum square tubes with different fiber orientation angle and thickness of CFRP. and axial collapse tests were performed for the tubes. The crushing behavior and energy absorption capability of the tubes were analyzed and compared with those of the respective aluminum square tubes and CFRP square tubes. Test results showed that the collapse of the aluminum/CFRP square tube complemented unstable brittle failure of the CFRP square tube due to ductile characteristics of the inner aluminum square tube. The collapse modes were categorized into four modes under the influence of the fiber orientation angle and thickness of CFRP. The absorbed energy per unit mass, which is in the light-weight aspect, was higher in the aluminum/CFRP square tube than that in the aluminum square tube or the CFRP square tube alone.

경사충돌이 탄소섬유강화 적층쉘의 특성에 미치는 영향

김영남,조영재,양광영 朝鮮大學校 機械技術硏究所 2004 機械技術硏究 Vol.7 No.2

최근 탄소섬유 강화 플라스틱(이하CFRP)는 금속재료에 비해 비강도 및 비강성이 우수하여 우주항공분야에서 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 복합재 적층웰의 곡률과 적층방향에 따른 관통특성을 고찰하고자 한다. 또한, 경사충돌을 적용하여 복합재 적층웰의 관통특성을 연구하였다. 시험편의 적층구성은 [0₃/90₃)_(s), [90₃/0₃]_(s) 와 [0₂/90₃/0]_(s), [90₂/0₃/90]_(s) 2계면구조와 4계면 구조로 적층하였으며 다양한 곡률반경 (R= 100, 150, 200mm 와 ∞)을 적용하였다. 실험 방법으로는 강구를 시험편에 횡방향으로 관통시켰으며, 두 개의 ballistics-screen에서 강구가 통과한 시간의 전 · 후를 측정한 후 속도를 계산하였다. 그 결과 임계관통 에너지는 계면의 수가 적고 충격면의 경사각도가 커질수록 증가하였다. 또한. [0₃/90₃]_(s) 와 [0₂/90₃/0]_(s) 시험편이 [90₃/0₃]_(s) 와 [90₂/0₃/90]_(s) 시험편보다 임계관통에너지가 더 높게 나왔다. Currently, carbon-fiber reinforced plastics(CFRP) are widely used in both space and civil aircraft due to their superior stiffness and strength to weight ratios compared to conventional metallic materials. This paper is to study the effects of curvature and stacking sequence on the penetration characteristics of composite laminated shell. And were performed to investigate the penetration characteristics of composite laminated shells by the oblique impact. They are stacked to [0₃/90₃]_(s), [90₃/0₃]_(s) and [0₂/90₃/0)_(s), [90₂/0₂/90)S their interlaminar number two and fore. They are manufactured to varied curvature radius (R= 100.150,200mm and ∞). When the specimen is subjected to transverse impact by steel ball. the velocity of the steel ball was measured both before and after impact by determining the time for it to pass two ballistics-screen sensor located a known distance apart. In general, the critical penetration energy interface decrease and slope angle on the impact surface increased. [0₃/90₃]s and [0₂/90₃]_(s) specimens higher than [90₃/0₃]_(s) and [90₂/0₃/90]_(s) specimens.

CFRP적층쉘의 적층구성 및 곡률반경에 따른 관통특성

임광희,조영재,이길성,심재기,김영남,양인영 朝鮮大學校 機械技術硏究所 2004 機械技術硏究 Vol.7 No.1

최근 탄소섬유 강화 복합재료(이하 CFRP)는 비강도, 비강성이 높아 경량화가 요구되는 우주항공분야에서 구조용 재료로 널리 이용되고 있다. 본 연구에서는 CFRP 적층쉘의 적층구성 및 곡률반경에 따른 관통 특성을 고찰 하고자 한다. 실험에 사용된 복합재료는 일방향 프리프레그시트로서 적층방법은 〔0₃/90₃〕, 〔0₂/90₂〕s,와 〔0₂/90₃/0〕s, 〔0/90₂/0〕 2계면과 4계면으로 적층하였다. 그리고 다양한 곡률 반경을 적용하였다. (R= 100, 150, ∞). 적층순서에 맞게 적층된 시험편은 경화온도 130℃에서 진공백 성형과정을 오토클레이브로 제작 하였으며 100x140mm 크기로 절단 하였다. 시험편은 강구로 관통시켰으며 ballistic-screen sensor로 속도를 측정하여 충격전 운동에너지와 충격 후 운동에너지를 구할 수 있다. 흡수에너지는 곡률이 커질수록 증가하였으며 4계면 시험편보다 〔0₃/90₃〕s 와 〔0₂/90₂〕s 적층구조를 갖는 2계면 시험편이 흡수에너지가 더 높게 나왔다. Currently, carbon-fiber reinforced plastics (CFRP) are widely used in both space and civil aircraft due to their superior stiffness and strength to weight ratios compared to conventional metallic materials. This paper is to study the effects of curvature and staking sequence on the penetration characteristics of CFRP laminated shell. Composite laminates used in this test are CFRP orthtropic laminated plates, which are stacked with two-interfaces 〔0₃/90₃〕s, 〔0₂/90₂〕s and 〔0₂/90₃/0〕s. 〔0/90₂/0〕s. They are manufactured to varied curvature radius (R= 100. 150, 200 mm and ∞). They are cured by heating to the appropriate hardening temperature(130℃) by mean of a heater at the vacuum bag of the autoclave. Test specimens were prepared with dimensions 100mmx140mm. When the specimen is subjected to transverse impact by a steel ball, the velocity of the steel ball was measured both before and after impact by determining the time for it to pass two ballistic-screen sensor located a known distance apart. Absorbed energy increased as the curvature increased. 〔0₃/90₃〕s and [0₂/90₂〕s specimens, which is small interlaminar number, was higher than fore interlaminar specimen.

RUS법에 의한 Micro-Crack을 가진 Ferrule의 주파수 특성 평가

백경윤,이길성,양순호,김성훈,조영재,민한기,양인영 朝鮮大學校 機械技術硏究所 2003 機械技術硏究 Vol.6 No.2

광섬유 정렬부품으로 사용되는 페롤은 극히 높은 정밀도를 요하는 제품으로서, 높은 치수 정밀도와 결함이 포함되지 않는 등 높은 신뢰성이 요구되는 제품이다. 이러한 페롤의 형상결함평가에 종래의 광학현미경 평가법과는 달리. 본 논문에서는 공명초음파법(ResonantUltrasound Spectroscopy)을 이용하고자 한다. 공명초음파법이란 결함이 없는 시험편을 기계적으로 진동시켰을 때의 공진 주파수와 시험편 내에 결함을 가지고 있을 때의 공명 주파수 양상을 비교 분석하여 결함유무를 검출해내는 방법이다. 본 연구에서는 양품과 크랙을 가진 시험편을 현장에서 직접 사용되고 있는 광학현미경에 의해 분류를 한 다음, 더욱 정확한 측정을 위해 SEM에 의해 다시 분류하였다. 각각에 대해 공진 주파수를 측정하였고, 이 데이터의 검증을 위해 FEM해석을 수행하였다. 실험으로부터 얻는 양품의 공진 주파수와 FEM해석을 통해 얻었던 양품의 공진 주파수의 오차는 1∼2%정도의 범위를 벗어나지 않음을 알 수 있었다. 또한 크랙에 대한 공진 주파수를 측정하여서, 양품의 공진 주파수와 비교를 행하였고, 이 데이터를 가지고 모드별로 히스토그램을 그려서, 그것으로부터 현장에서 실제로 이용 가능한 모드를 존재함을 확인하였다. The Ferrule which is used as the product optical fiber very precisely, is required high to set the optical axes of an dimensional precision, lack of defect and high expectation. Up to now the optical instrument has been used for the defect and shape inspection of the Ferrule, but in this paper we examined the detectable defect and expectation by using the Resonant Ultrasound Spectroscopy (RUS). The RUS is the measurement' which is to excite specimen and to inspect the difference of natural frequency pattern between acceptable specimen and specimen has some defects. In this paper, we classified specimens into three groups by using She optical instrument; acceptable specimen A-type, 3-type and specimen A-type which has crack. And we reclassified by Scanning Microscope to carry out the more exact measurement. We surveyed the resonant frequency of every specimen, and carried out the simulation from the explicit finite elements code, NasEran t o verify the experiment data. The average error between the resonant frequency of acceptable specimens which is obtained from experiment and that from FEM analysis is in the range of 1-2 percentage. Also, we measured the resonant frequency of specimen which has crack, and compared that of acceptable specimen. We drew histogram by using these data, and confirmed the available mode in the plant.