새로운 개념의 복합재 샌드위치 체결부 구조의 설계와 검증

곽병수,주현우,김홍일,동승진,권진회 한국복합재료학회 2017 Composites research Vol.30 No.6

Sandwich panels with three different joint configurations were tested to design a novel sandwich joint structure that can effectively support both the tensile and compressive loads. The sandwich core was mainly aluminum flex honeycomb but the PMI foam core was limitedly applied to the ramp area which is transition part from sandwich to solid laminate. The face of sandwich panel was made of carbon fiber composite. For configuration 1, the composite flange and the sandwich panel were cocured. For configurations 2 and 3, an aluminum flange was fastened to the solid laminate by HI-LOK pins and adhesive. The average compressive failure loads of configurations 1, 2, and 3 were 295, 226, and 291 kN, respectively, and the average tensile failure loads were 47.3 (delamination), 83.7 (bolt failure), and 291 (fixture damage) kN, respectively. Considering the compressive failure loads only, both the configurations 1 and 3 showed good performance. However, the configuration 1 showed delamination in the corner of the composite flange under tension at early stage of loading. Therefore, it was confirmed that the structure that can effectively support tension and compressive loads at the same time is the configuration 3 which used a mechanically fastened aluminum flange so that there is no risk of delamination at the corner. 인장과 압축하중 모두를 효과적으로 지지할 수 있는 새로운 샌드위치 체결부 구조의 설계를 위해, 체결부 형상이 다른 3가지 샌드위치 판넬에 대한 인장 및 압축 시험을 수행하였다. 샌드위치 판넬의 코어는 주로 알루미늄 플렉스 허니콤이지만, 타 구조물과의 체결을 위해 두께가 얇아지면서 단순 적층판으로 변하는 램프 영역에서는 PMI 폼 코어를 사용하였고, 면재에는 탄소섬유 복합재를 사용하였다. 형상 1에서는 복합재 플랜지와 샌드위치 구조가 일체형으로 연결된다. 형상 2와 3에서는 별도로 제작된 알루미늄 플랜지가 복합재 적층판에 하이록핀과 접착제로 체결된다. 시험 결과 형상 1, 2, 3의 평균 압축파손하중은 각각 295 kN, 226 kN, 291 kN으로 나타났고, 평균 인장파손하중은 각각 47.3(층간분리), 83.7 kN(볼트파손), 291 kN(치구손상)으로 나타났다. 압축 파손하중만을 고려할 경우 플랜지와 샌드위치 판넬을 복합재 일체형으로 제작한 형상 1과 3이 우수한 특성을 보였다. 그러나 형상 1의 경우 인장하중을 받을 때 낮은 하중에서 플랜지 모서리 부분에서 층간분리가 발생하였다. 따라서인장과 압축하중을 동시에 효과적으로 지지할 수 있는 구조는 모서리에서 층간분리의 위험이 없게 별도의 알루미늄 플랜지를 사용하여 볼트로 체결한 형상 3임을 확인하였다.

요철핀으로 보강된 복합재 모자형 체결부 구조의 강도 연구

곽병수,김동관,권진회 한국복합재료학회 2018 Composites research Vol.31 No.6

The effect of stainless steel jagged-pin reinforcement on the pull-off strength of the composite hat-joint was studied by the test. The pins were physically and chemically surface-treated and inserted in the thickness direction over the interface where the skin and stiffener meet. The specimens including the jagged-pins were made by co-curing process. Diameters of the jagged-pins were 0.3, 0.5 and 0.7 mm. The pin areal densities were set to 0.5 and 2.0% based on the interface area where the skin and stiffener meet. The specimens using 0.3 mm diameter normal (un-jagged) pins with 2.0% areal density were additionally fabricated and tested to investigate the pin shape effect on the pull-off strength. The pull-off strengths of specimens reinforced with 0.5% areal density by 0.3, 0.5, and 0.7 mm diameter pins were 45, 19 and 9% higher than those of un-reinforced specimens, respectively. In case with 2.0% pin areal density, the strengths were 127, 45, and 11% higher than those of un-reinforced specimens, respectively. The test results show that the higher pin areal density results in the higher strength when the pin diameter is the same. When the pin areal density is the same, the smaller pin diameter leads to higher strength. When the joints using jagged-pins and normal pins in 2.0% areal density with 0.3 mm diameter, the joints of jagged-pins showed the 64% higher strength. From the results of this study, it was confirmed that jagged-pin reinforcement can be an effective method for improving the pull-off strength of composite hat-joint. 스테인리스 강으로 제작된 요철핀의 보강이 복합재 모자형 체결부의 풀오프 강도에 미치는 영향을 시험으로 연구하였다. 요철핀에는 물리적, 화학적 표면처리를 수행하였고, 체결부의 외피와 보강재가 만나는 영역에두께방향으로 핀을 삽입하였다. 모자형 체결부 시편은 요철핀을 포함하여 일체성형으로 제작하였다. 사용된 요철핀의 지름은 0.3, 0.5, 0.7 mm로 세 가지이다. 핀의 삽입밀도는 외피와 보강재가 만나는 면적 기준으로 0.5, 2.0% 두가지이다. 요철핀과 일반핀의 효과를 비교하기 위하여 0.3 mm 일반핀을 2.0% 밀도로 삽입한 시편을 추가로 제작하여 시험을 수행하였다. 0.3, 0.5, 0.7 mm의 요철핀을 0.5%의 밀도로 삽입한 시편의 강도는 보강되지 않은 시편 대비 각각 45, 19, 9% 높게 나타났고, 2.0% 밀도의 경우 강도는 각각 127, 45, 11% 높게 나타났다. 시험 결과 지름이 동일할 경우 밀도가 높을수록, 밀도가 동일할 경우 지름이 작을수록 보강효과가 더 높게 나타나는 것을 알 수 있었다. 요철핀과 일반핀의 효과를 비교한 결과 2.0% 밀도로 0.3 mm 직경의 핀을 이용하여 보강할 경우, 요철핀 보강시편이 일반핀 보강 시편보다 64% 높은 강도를 보였다. 본 연구의 결과로부터 요철핀 보강이 복합재 모자형 체결부의 풀오프 강도 향상을 위한 효과적인 방법이 될 수 있음을 확인하였다.

새로운 형상의 복합재 샌드위치 체결부 구조의 파손거동 연구

곽병수 ( Byeong-su Kwak ),김홍일 ( Hong-il Kim ),동승진 ( Seung-jin Dong ),최진호 ( Jin-ho Choi ),권진회 ( Jin-hwe Kweon ) 한국복합재료학회 2016 Composites research Vol.29 No.4

본 논문에서는 두께와 재료의 구성이 변하는 복잡한 형상의 복합재 샌드위치 구조의 파손 거동을 연구하였다. 구조물은 두께가 일정한 알루미늄 하니콤 코어 샌드위치 판넬이, 두께가 줄어드는 폼코어 샌드위치 천이부를 거쳐, 최종적으로는 면재와 면재가 만나 단순 적층판을 이루면서 다른 구조물에 체결되는 형상을 갖는다. 하중은 인장 및 압축하중의 형태로 가해지며 각 3개씩 총 6개 시편에 대한 시험을 수행하였다. 시험 결과 압축시험의 경우 재료불연속선을 따른 면재의 파손에 취약하며, 재료불연속선을 따른 파손을 피할 수 있는 경우 알루미늄 코어와 카본 면재의 디본딩에 의한 파손이 나타남을 알 수 있었다. 파손하중은 디본딩에 의한 파손까지 견디는 경우가 약 16% 높게 나타났다. 인장시험의 경우 파손모드는, 곡률부를 갖는 복합재 구조물에서 가장 취약한 부분인, 플랜지와 웹이 만나는 곡률부의 층간분리 파손이 주를 이루었다. 파손하중은 압축하중이 인장하중에 비하여 약 7배 가량 높은 것으로 나타났다. 따라서 본 구조물은 주로 압축하중을 견디기 위한 목적의 구조물에 적용하여야 할 것으로 보인다. The failure of composite sandwich structures with thickness and material variation was studied. The main body of the structure is sandwich plate made of the carbon composite face and Aluminum honeycomb core. It is connected with composite laminated flange without core through transition region of tapered sandwich panel with foam core. Tension and compression tests were conducted for the total of 6 panels, 3 for each. Test results showed that the panels under compression are vulnerable to the face failure along the material discontinuity line between two different cores. However the failure load of which panel does not show such failure can carry 16% more load and fails in honeycomb core and face debonding. For the tensile load, the extensive delamination failure was observed at the corner radius which connects the panel and the flange. The average failure load for compression is about 7 times the tensile failure load. Accordingly, these sandwich structures should be applied to the components that endure the compressive loadings.

레진주입 수리법으로 수리된 복합재 구조의 기계적 특성 평가

곽병수(Byeong-su Kwak),정기원(Gi-Won Jung),권진회(Jin-Hwe Kweon) 한국항공우주학회 2018 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2018 No.11

정모멘트를 받는 프리스트레스트 다중합성형교의 파괴거동

곽동석 ( Kwak Dong Seok ),강병수 ( Kang Byung-soo ),연달구 ( Yeon Dal Goo ),이용학 ( Lee Yong-hak ) 한국구조물진단유지관리공학회 2004 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.8 No.2

Prestressed multi-composite girder bridges with PS tendon at Positive bending moment region offer elastic behavior to higher loads, increased ultimate capacity and reduced structural steel weight. Two beams were tested to examine ultimate behaviors of prestressed multi-composite girder bridges subjected to positive bending moment. The experimental observations of the Prestressed multi-composite girder bridges subjected to positive flexural moment are investigated and compared to the numerical results obtained by sectional analysis method, and 1-D and 3-D finite element analysis methods.

이중합성 박스 거더의 재령종속적 거동실험 및 해석

강병수(Kang, Byung-Soo),김정현(Kim, Jeong-Hyeon),곽동석(Kwak, Dong-Seok),홍인택(Hong, In-Taek),이용학(Lee, Yong-Hak) 한국콘크리트학회 2003 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 Vol.2003 No.11

부모멘트를 받는 프리스트레스트 다중합성형교의 파괴거동

강병수(Kang Byung-Soo),곽동석(Kwak Dong Seok),홍인택(Hong In-Taek),이용학(Lee Yong-Hak) 한국구조물진단유지관리학회 2004 한국구조물진단학회 학술발표회논문집 Vol.- No.-

Prestressed multi-composite girder bridges With concrete infilled steel tube at negative flexural moment region takes the advantages provided due to the interactive reaction in the steel tube and concrete interface layer, enhancing local buckling resistance and the concrete strength provided by the lateral confining effect of concrete Two beams were tested to examine ultimate behaviors of prestressed multi-composite girder bridges subjected to negative flexural moment The experimental observations of the Prestressed multi-composite girder bridges subjected to positive flexural moment are investigated and compared to the numerical results obtained by sectional analysis method, and I-D and 3-D finite element analysis methods

부모멘트를 받는 프리스트레스트 다중합성형교의 파괴거동

강병수 ( Kang Byung-soo ),곽동석 ( Kwak Dong Seok ),홍인택 ( Hong In-taek ),이용학 ( Lee Yong-hak ) 한국구조물진단유지관리공학회 2004 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.8 No.2

Prestressed multi-composite girder bridges with concrete infilled steel tube at negative flexural moment region takes the advantages provided due to the interactive reaction in the steel tube and concrete interface layer, enhancing local buckling resistance and the concrete strength provided by the lateral confining effect of concrete. Two beams were tested to examine ultimate behaviors of prestressed multi-composite girder bridges subjected to negative flexural moment. The experimental observations of the Prestressed multi-composite girder bridges subjected to positive flexural moment are investigated and compared to the numerical results obtained by sectional analysis method, and 1-D and 3-D finite element analysis methods.

순환골재 콘크리트 보의 크기효과

강병수,김준모,변태수,손도화,김우석,곽윤근 대한건축학회지회연합회 2013 대한건축학회지회연합회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.1

정모멘트를 받는 프리스트레스트 다중합성형교의 파괴거동

곽동석(Kwak Dong Seok),강병수(Kang Byung-Soo),연달구(Yeon Dal Goo),이용학(Lee Yong-Hak) 한국구조물진단유지관리학회 2004 한국구조물진단학회 학술발표회논문집 Vol.- No.-

Prestressed multi-composite girder bridges with PS tendon at Positive bending moment region offer elastic behavior to higher loads, Increased ultimate capacity and reduced structural steel weight Two beams were tested to examine ultimate behaviors of prestressed multi-composite girder bridges subjected to positive bending moment The experimental observations of the Prestressed multi-composite girder bridges subjected to positive flexural moment are investigated and compared to the numerical results obtained by sectional analysis method, and 1-D and 3-D finite element analysis methods