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Transverse permeability measurement of a circular braided preform in liquid composite molding
윤재륜,채희석,송영석 한국유변학회 2007 Korea-Australia rheology journal Vol.19 No.1
In liquid composite molding (LCM), composites are produced by impregnation of a dry preform with liquid resin. The resin flow through the preform is usually described by Darcys law and the permeability tensor must be obtained for filling analysis. While the resin flow in the thickness direction can be neglected for thin parts, the resin flow in the transverse direction is important for thicker parts. However, the transverse permeability of the preform has not been investigated frequently. In this study, the transverse permeability was measured experimentally for five different fiber preforms. In order to verify the experimental results, the measured transverse permeability was compared with numerical results. Five different fiber mats were used in this study: glass fiber woven fabric, aramid fiber woven fabric, glass fiber random mat, glass fiber braided preform, and glass/aramid hybrid braided preform. The anisotropic braided preforms were manufactured by using a three dimensional braiding machine. The pressure was measured at the inlet and outlet positions with pressure transducers.
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사술성형 모사에 있어서 벽면 경계조건 처리를 위한 선단 유동장 생성기법과 spline 곡선을 이용한 선단 격자 재구성
윤재륜 한국유변학회 1993 Korea-Australia rheology journal Vol.5 No.1
최근 CAD/CAM의 발전과 더불어 사출성형공정은 여러분야에 폭넓게 응용되고 있 다. 사출성형공정은 크게 충전과정(filling stage), 냉각과정(cooling stage), 보압과정(packing stage)로 나누어 지는데 이중 충전과정은냉각과정과 보압과정에서 나타날 물리적인 현상과 최종 성형품의 기계적 성질에 중요한 영향을 끼치게 된다. 충전과정의 수치 해석 방법은 대 표적으로 control volume method, branching flow method, transient moving boun-dary method로 구분된다. 본 연구에서는 격자의 형태를 양호하게 형성시키고 유동선단의 형태를 개선하기위한 기법인 Spline 곡선을 이용한 선단격자 재구성(frontal remeshing using spline curve)과 수치해석에 소요되는 시간을 줄이기 위하여 벽면경계조건 처리를 위한 선단 유동 장생성(frontal flow field construction for wall boun-dary condition treatment)기법을 개발 하고 transient moving voundary method에 적용시켜 원형 평판과 인장 및 굽힘시편 그리고 두께가 변하는 사각 형상을 가진 캐비터에서의 충전과정을 수치해석하였다. 그결과 압력 분 포, 온도분포, 속도장, 유동선단의 진전형태 등이 기존에 제출된 해석결과와 비교하여 볼 때 만족스러운 수치해석결과를 보였다.
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윤재륜 한국유변학회 1997 Korea-Australia rheology journal Vol.9 No.1
사출 성형된 제품에서 발생하는 잔류응력은 최종 제춤의 기하학적 정밀도와 기계적 성질 및 열적 성질에 영향을 미친다. 사출성형된 제품의 잔류응력을 예측하기 위해서는 먼 저 열 및 유동장의 해석을 수행하여야 하고이를 위해서는 사출 성형의 세단계. 즉 충전, 보 압, 냉각을 모두고려해야한다. 검사체적 방법에 기초한 혼합 유한요소/유한차분방법을 사용 하는 수치 해석적 기법에 의하여 충전과정가 후충전 과정의 유동장 해서을 수행하였다. 일 반화된 헬레쇼 유동을 가정하였고 보압과 냉각과정시의 고본자의 압축성을 고려하였다. 점 도의 전단 변형률의 크기와 온도에 대한 의존성은 개선된 크로스 모델을 사용하여 나타내었 다. Tait에 의해 제안된 상태방정식은 고분자의 온도, 압력, 부피의 상호관계를 묘사하는 좋 은 방법을 제공하였다. 유동해석을 통하여 전 공정에 걸쳐서 온도와 압\ulcorner장의 변화에 대한 데이터를 얻었고 제품의 고체 응력해석의 입력 데이터로 사용하였다. 유한요소응력해석에는 평면 응력요소를 사용하였다. 다양한 형태의 금형에 대해서 공정 변수들을 달리하여 유동장 의 해석과 잔류응력의 계산을 수행하였다. 이로부터 공정조건과 유동장의 관계를 밝히고 최 종 제춤의 잔류 응력에의 영향을 고찰하였다.
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세라믹 사출성형을 위한 질화규소 미세분말과 결합체 시스템의 혼합에 대한 연구
윤재륜 한국유변학회 1990 Korea-Australia rheology journal Vol.2 No.1
세라믹 분말의 사출성형성을 평가하기 위하여 다양한 혼합체 시스템에 대한 혼합도 와 유변학적 성질을 질화규소 미세분말의 부피비를 변화시키면서 조사하였다. 열가소성 결 합체 시스템은 폴리에틸린 폴리에틸렌 왁스 그리고 미소량의 첨가제를 혼합하여 사용하였 다. 혼합성능을 평가하기 위하여 비분산혼합에서는 총접촉면적비를 그리고 분산혼합에서는 총파괴표면적비를 혼합척도로서 사용하여 정성적으로 모형화하였다. 사용된 혼합기내의 유 동장을 해석하기 위하여 뉴우톤유체를 가정하여 유동해석을 수행하였다. 혼합물의 혼합도는 각각 5분 30분 동안 혼합된 시편을 주사전자현미경 사진에 의해 관찰하여 평가하였다. 또한 혼합물의 사출성형성 그리고 혼합질 점도 토우크 곡선 사이의 관계를 규명하기 위하여 전단 변형를 속도를 따른 점도를 모세관 점도계를 사용하여 측정하였으며 질화규소의 부피비가 60%일 때까지는 만족할 만한 성형성과 혼합질을 가짐을 알 수 있었다.
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윤재륜 한국유변학회 1997 Korea-Australia rheology journal Vol.9 No.4
단열용도의 폴리우레탄 미세포 포움의 가공에 대한 연구를 수행하였다. 미세포 구조 를 얻기 위해서는 핵생성율을 증진시키고 균일한 분포의 기포를 생성시켜야 한다. 이를 위 해 이산화탄소 기체를 풀리올과 이소시아네이트에 각각 과포화시키고 충돌혼합하여 초음파 가진을 적용하였다. 이산화탄소 기체가 수지 내부에서 기포 내부로 확산함에 따라 기포의 성장이 조절된다고 가정하고 금형이 충전되는 동안에 금형 내부에서의 기포성장기구를 이해 하기 위하여 수치적인 방법으로 이론적 연구를 수행하였다. 경화 시간과 확산 경계를 고려 하여 최종적인 기포의 크기를 계산하였으며 반응속도론을 고려하여 중합반응동안의 폴리우 레탄의 점도의 변화를 예측하고 경화 시간을 결정하였다. 실험적으로 결정된 기체 분자수를 기준으로 하여 이론적으로 확산경계를 예측하였다. 화학적 발포제인 물과 함께 물리적 발포 제인 이산화탄소를 각각 1,2,3기압의 포화압력으로 변화시키면서 폴리올과 이소시아네이트에 포화시켜 폴리우레탄 포움을 제작하고 제작된 포움의 밀도, 열전도도, 및 기포의 수와 지름 을 측정하였다. 측정된 결과로부터 이산화탄소의 포화압력과 초음파 가진이 포움의 기포핵 생성에 미치는 영향을 살펴보았다.
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윤재륜 대한기계학회 1988 대한기계학회논문집 Vol.12 No.6
본 연구에서는 단섬유가 첨가된 복합재료의 마찰 및 마멸특성에 대하여 보고 하고자 하며, 최근 공업용 고분자(engineering plastic)로 중오시되고 있는 PAI를 모 재로 하여 탄소섬유(graphite fiber), 유리섬유(glass fiber), TiO$_{2}$ 등이 첨가된 복합재료의 트라이볼로지(tribology) 특성에 대하여 고찰하고자 한다. 본 연구에서 사용된 복합재료에 포함된 단섬유들은 일정한 배열방향이 없이 마구잡이로 분포되어 있으며, 섬유특성에 따라 마멸메카니즘에 큰 차이가 있음을 본 연구 결과를 통하여 알 수 있다. Friction and wear characteristics of short fiber reinforced and particulate filled composites were investigated experimentally. Two kinds of fiber composites, chopped graphite fiber reinforced PAI(polyamide-imide) and glass fiber reinforced PAI, and a particulate composite, TiO$_{2}$ powder filled PAI, were selected for the friction and wear test since these are important engineering materials based on a new high temperature engineering plastic. All the specimens were cut into proper size for cylinder-on-plate type wear test. Frictional forces were measured by employing a load transducer and wear rates were calculated by measuring weight loss during wear test. The experimental results are reported in this paper and carefully discussed to explain the friction and wear behavior qualitatively. The frictional behavior is interpreted by considering four basic friction components which are believed to the genesis of friction and the wear behavior is explained by applying delamination theory of wear.
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윤재륜 한국유변학회 1991 Korea-Australia rheology journal Vol.3 No.2
세라믹 재료들을 성공적으로 사출성형하기 위한 적절한 사출조건을 얻기 위하여 그 동안 많은 실험을 하여 왔으나 게이트 크기가 미치는 영향에 대한 연구는 미진하였다. 본 연구에선 압출기를 사용하여 미세한 질화규소분말과 결합제시스템을 혼합하였으며 이러한 세라믹혼합물을 이용하여 사출압력, 보압시간, 보압, 배럴온도, 게이트의 형태와 크기 등을 변화시키면서 사출성형 실험을 수행하였다. 55%의 세라믹혼합물을 사출실험한 결과 적절한 게이트의 크기와 형태를 선택하고 105 MPa의 사출압력과 10초의 보압시간, 24$0^{\circ}C$의 배럴온 도와 같은 사출조건하에서 성형한다면 불완전 충전 체적수축과 젯팅현상을 최소화시킬수 있 어 성공적으로 인장시편과 굽힘시편을 성형할 수 있음을 알수있었다. 상용프로그램인 C-MOLD를 이용하여 사출조건과 게이트의 크기를 변화시키면서 혼합물의 유동특성을 해석 하였다. 유동해석 결과. 세라믹혼합물은 순수고분자보다 열전도도가 크고 비열이 작아서 고 화가 빨리 되므로 게이트의 크기는 사출압력, 배럴온도와 같은 사출조건과 더불어 중요한 사풀변수임을 예측할 수 있었다.
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윤재륜 한국유변학회 1993 Korea-Australia rheology journal Vol.5 No.1
사출성형충전공정에서 금형구조가 단섬유배향에 미치는 영향을 예측하기 위하여 수 치모사 프로그램을 개발하였다. 유한요소 /관찰 부피 방법에 복잡한 금형에서의 유동을 해 석하고 섬유와 섬유간의 상호작용을 고려한 섬유배향텐서 변화식을 이용하여 입자 추적법으 로 섬유배향분포를 구하였다. 수치모사 결과 금형 옆벽면과 내부 방해체의 주위에 있는 섬 유들이 전단변형의 영향으로 그들주위를 따라서 정렬되려는 경향을 보였다, 두 유동이 내부 방해체를 지나 접하면서 생성된 웰드라인을 따라서 단섬유들이 정렬되려는 경향을 나타내엇 다. 그리고 수축유동에서는 흐름방향으로 정렬되나 확장유동에서는 흐름방향에 수직으로 배 열되려는 경향을 확인하였다. 위아래 벽에 의한 전단변형의 영향으로 서로 다른두 배향구조 를 보여주는 skin-core 구조를 두께방향의 속도구배를 고려한 수치모사를 통하여 예측할 수 있었다. skin구조에서는 섬유들이 흐름방향으로 정렬되고 core 구조에서는 흐름방향에 수직 으로 배향되는 것을 확인하였으며 섬유상호계수값이 커질수록 임의 배향화하는 경향을 보였다.
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