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Impulse Excitation Method에 의한 복합재료의 공진 주파수와 탄성계수 관계에 대한 실험적 고찰
김형삼,이재혁,이동식,박세만,Kim, Hyeong-Sam,Lee, Jae-Hyeok,Lee, Dong-Sik,Park, Se-Man 한국재료학회 1998 한국재료학회지 Vol.8 No.9
결량화 되고 고강도의재료를 요하는 자동차, 항공기, 선박, 각종 구조물 등 여러 분야에서 복합재료의 사용은 증가되어 왔고, 그에 따라 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 Impulse Excitation Method을 통해 Transversely Isotropic한 재료의 공진 주파수를 측정함으로써 복합재료의 탄성계수를 구하였다. Timoshenko Beam Equation식에 나타나는 회전관성효과와 전단변형을 고려하였을 때와 고려하지 않았을 때 재료의 탄성계수에 변화가 어떻게 나타나는 가를 관찰하였다. The Usages of composite materials have been steadily on the rise in the industries of automobiles, air crafts, shipbuilding and other structures for transportations. Commonly required in those industries are light weight and high strength of the structures. Consequently, serious efforts in research have been focused on searching for light materials and on developments and characterizations of advanced substitutes including various kinds of composite materials. In this investigation, transversely isotropic composite materials are chosen and formed into two kinds of beams; Euler-Bernoulli beam(thin team) and Timoshenko beam(thick beam) for determinations of elastic constants. As an experimental technique Impulse Excitation Method is utilized to measure resonance frequencies of the beams of the composite materials in vibration tests. Elastic constants are evaluated from measured resonance frequencies for the two types of beams to observe and establish possible existence of effects of rotary inertia and shear deformations.
열피로가 부가된 Carbon-Epoxy 복합재료의 탄성계수 변화에 관한 연구
이동식,김형삼,이재혁,박세만,Lee, Dong-Sik,Kim, Hyeong-Sam,Lee, Jae-Hyeok,Park, Se-Man 한국재료학회 1999 한국재료학회지 Vol.9 No.8
Composite materials have been increasingly used in automotive and aircraft industries, naturally leading to active researches on the materials. Carbon-epoxy composites, one of major composite materials, are investigated to determine their thermal characteristics. Under conditions of thermal fatigues composed of repeated heatings and coolings, variations of elastic constants are studied for the carbon-epoxy composites to reveal the thermal nature of the composites. In general, composite materials are known to have decreasing elastic constants with increasing temperatures. However, in contrary to this commonly observed behavior, the results obtained in this investigation for the elastic constants of the carbon-epoxy composites show unexpected phenomena in that the elastic constants initially increase with increasing temperatures to certain point and decrease later with further increase in temperatures when the carbon-epoxy composites are subjected to thermal fatigues. 자동차, 항공기 및 기타 산업에서 복합재료의 사용은 증가되어 왔고 활발한 연구가 진행되고 있다. 이러한 복합재료중의 하나인 Carbon-epoxy 복합재료의 열 특성에 관하여 알아보았다. 반복적인 냉각과 가열이 부가되는 열 피로에서 복합재료의 탄성계수의 변화를 관찰하여 봄으로써 복합재료가 가지고 있는 여러 열 특성에 관하여 연구하였다. 일반적으로 복합재료는 온도가 증가하면 탄성계수가 감소한다고 알려져 있다. 이러한 결과와는 달리 본 연구에서 수행한 실험에서는 열 피로가 부가되었을 때에는 어느 정도 온도까지는 탄성계수가 증가하다가 다시 감소하는 특이한 현상을 관찰할 수 있었다.
일정성분비의 법칙에 관련된 앙금생성실험과 모형실험수업의 효과 비교
백성혜,김형삼,한유화,김성혜,Paik, Seoung-Hey,Kim, Hyeong-Sam,Han, Yu-Haw,Kim, Seoung-Hey 대한화학회 2010 대한화학회지 Vol.54 No.3
이 연구에서는 중학교 3학년에 가르치는 일정성분비의 법칙과 관련된 앙금생성실험수업과 모형을 이용한 수업의 효과를 비교하였다. 연구 대상은 중학교 3학년 250명이었으며, 각각 앙금생성 실험반과 모형반으로 구분하였다. 연구 결과, 앙금생성 실험반은 수용액 안에 각각의 원소들이 분리되어 있다고 생각하는 비율이 상대적으로 높았으며, 두 용액을 섞으면 새로운 화합물이 만들어진다고 인식하는 비율도 모형반보다 높았다. 앙금생성에 대한 학생들의 인식에는 두 집단이 큰 차이가 없었으며, 오답의 비율이 높아 교수전략이 학생들의 인식을 교정하는데 효율적이지 못함을 확인하였다. 비록 실험 결과로부터 규칙성을 찾는 비율은 모형을 사용하는 집단이 높았지만, 실험 결과로부터 반응물 사이의 일정비 결합을 추론하는 학생들의 비율은 두 집단이 유사하였다. 이러한 연구 결과를 통해 실험과 모형을 통해 일정성분비를 추론하는 것은 중학생의 수준에서 쉽지 않다는 점을 알 수 있다. This study compared the instruction effectiveness between experiments of precipitation and a ball & stick model related to the 'Law of Definite Proportions' of 9th grade science in this study. The subjects were 250 students in the 9th grade. They were divided into two groups, an experimental group and a model group. The results showed that the ratio of thought in which the elements were divided in the solutions and the ratio of thought in which a new compound was created when the two solutions were mixed were higher in the precipitation experiment group than in the model group. The two groups were not different in terms of the ratio of thought related to the reason for the creation of the precipitate. The ratio of thought pertaining to incorrect answers was high, implying that the two strategies were not effective in correcting students' thoughts. However, the ratio of finding patterns from the measuring data in the model group was higher than in the experimental group. However, the ratios of 'definite proportions' inference in the bonding of the reactants were similar in the two groups. From these data, we concluded that the inference of the 'Law of definite proportion' from experiments or models was not suitable for middle school students.
공진주파수, 오일러 티모센코 빔 방정식을 이용한 복합재료의 동적탄성계수 측정에 관한 연구
이재혁,박세만,김형삼,Lee, Jae-Hyeok,Park, Se-Man,Kim, Hyeong-Sam 한국재료학회 1999 한국재료학회지 Vol.9 No.7
탄성계수의 정밀측정은 과학적인 관점과 공학적인 관점 모두 중요하다. 과학적인 관점에서 본다면 탄성계수를 측정함으로써 원자와 원자사이, 이온과 이온 사이의 bending에 관한 해석 및 이해중진의 중요한 도구가 되며 공학적인 측면에서 본다면 공학적인 기계설비에 반드시 고려해야 할 설계기준 중의 하나이다. 본 연구에서는 보다 정확한 탄성계수 측정을 위해 두 가지의 동적 진동실험(음향 공진법과 충격가진 방법)을 비교해 보았으며, 이 두 실험적으로 얻은 공진수파수는 Euler 빔 방정식과 Timoshenko 빔 방정식에 각각 적용하여 그 차이를 비교해 보았다. Accurate measurements of elastic constants are important from the view points of both science and engineering. The measurement can be viewed from scientific principle as a service tools for analyzing and improving the understanding of the nature of bondings between atoms and between ions. Also, from engineering perspective it would became an important factor to be definitely considered for the design of machinery equipments. In this investigation, two dynamic experimental methods of vibrations (acoustic method and Impulse technique method) are utilized and the results from the both methods are compared to obtain elastic constants data with a high degree of accuracy. The resonance frequencies obtained from the two methods are applied to both Euler and Timoshenko beam equations respectively, to determine the sources for possible differences.
적층 복합재료의 내부감쇠와 복소탄성계수 측정에 관한 연구
이재혁,박세만,김형삼,Lee, Jae-Hyeok,Park, Se-Man,Kim, Hyeong-Sam 한국재료학회 1998 한국재료학회지 Vol.8 No.10
Damping is a property for materials and systems to dissipate energy during periodic deformations. Generally, damping causes stiff decrease in amplitudes and shifts in phases. Also, even at resonance, amplitudes are substantially attenuated. This phenomenon of damping helps in reducing stresses developed during vibrations and consequently improves fatigue lives of materials. In this work internal damping and complex moduli are experimentally determined. An impulse technique is utilized in experiments and cantilever beams are selected as test subjects for the measurements of flextural vibrations since the beams lend themselves easily as simplistic ideal models. A resonance method is employed to determine resonance frequencies which are utilized to compute storage moduli. Also, loss moduli are evaluated from damping capacities and storage moduli. The storage and loss moduli combined yield complex moduli. Finally internal damping is evaluated from bandwidth technique, the real component of the transfer function. 감쇠란 주기적인 변형하에 에너지를 소산시킬 수 있는 시스템이나 재료의성질을 말하며, 이로서 공진에서 진폭을 감소시키며 아울러 전달하는 파의 빠른 감소를 유발한다. 이것은 진동을 일으키는 응력을 감소시키게 되는데 결국은 피고 수명을 연장시키는 결과를 가져오게 된다. 본 연구에서는 적층된 복합재료의 내부감쇠와 복소탄성 계수를 실험적으로 측정하였다. 실험은 충격 기법을 사용하였으며 비교적 간단한 모델러서 외팔보의 휨진동을 측정하였다. 복소 탄성계수는 공진법을 이용하여 공진주파수를 측정 storage modulus를 계산하고 이를 통해 loss modulus를 구한 다음 계산하였고, 내부감쇠는 bandwidth technique과 전달함수의 실부부분 이용방법에 의해 각각 구하였다.