TWF 복합재료 열-기계-전기적 특성 분석 = Thermal-Mechanical-Electrical Analysis of TWF Composites

국문 초록 (Abstract)

TWF 복합재료의 열-기계-전기적 특성 분석


요 약

김 준 영
항공우주 및 기계공학과
한국항공대학교 대학원
(지도 교수 : 노 진 호)

보통 직물구조는 0°, 90° 방향으로 엮여있는 Biaxial Woven Fabric을 생각하지만 TWF(Triaxial Woven Fabric) 복합재료는 0° , 60°, -60° 3가닥의 섬유가 엮여 하나의 복합재료를 제작한다. 이 TWF 복합재료는 0°, 90° 방향으로 엮여있는 Biaxial Woven Fabric과 한 방향의 섬유로만 제작된 Unidirection Fiber(UD)의 구조적 단점이 없어 TWF 복합재료를 사용하여 강체 구조물이나 전개형 구조물에 사용된다. 기계적으로는 준 등방성 특성을 가지고 있다. 또한, 비강성이 크며, 섬유가 변형을 보정하기 때문에 복원력 또한 뛰어나다.
본 논문에서는 전개형 안테나의 재료로 TWF 복합재료의 열-기계-전기적 성능을 분석하고자 한다. 네트워크 아날라이저(Network Analyzer)를 통해 각도에 따른 TWF 복합재료의 유전율과 투자율을 계산한다. 구조물에 대한 전기적 특성을 분석하기 위하여 RF 방사패턴 시험을 수행해야 하나 먼저 시편으로서 전기적 특성을 예측하기 위하여 시뮬레이션을 수행한다. 이 시뮬레이션을 통해서 UD, BWF, 그리고 TWF의 전기적 특성을 분석하여 재료를 선정한다. 이후 TWF 복합재료의 열-기계적 물성치를 분석하기 위하여 미시적 단계로 해석하기 위하여 주기적 경계조건을 사용하여 Unit cell로 인장, 전단 등 각종 시험을 모사하여 유한요소법(Finite Element Method)을 통해 수치적으로 물성치를 분석하고자 한다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.1.1 TWF 복합재료 1
• 1.1.2 전기적 물성 4
• 1.1.3 기계적 특성 8
• 1.1.4 열적 특성 11
• 1.2 연구 목적 16
• 1.2.1 전기적 특성 분석 16
• 1.2.2 기계적 특성 분석 17
• 1.2.3 열적 특성 분석 17
• 제 2장 전기적 특성 분석 18
• 2.1 산란 매개 변수 (S-parameter) 18
• 2.2 유전율과 투자율 19
• 2.3 전기적 특성 DB 22
• 제 3장 기계적 특성 분석 31
• 3.1 주기적 경계조건 (Periodic Boundary Condition) 31
• 3.2 복합재 물성치 (Compostie Properties) 35
• 3.2.1 체적분율 (Volume Fration) 35
• 3.2.2 혼합법칙 (Rule of Mixture) 37
• 3.2.3. Halpin-Tsai의 실증적 관계 (Halpin-Tsai Semi-Empirical Relationship) 38
• 3.3 TWF 미소 기계적 모델링 (TWF Micro Mechanical Modelling) 41
• 3.4 강성행렬 (ABD Matrix) 42
• 3.4.1 가상 일의 정리(Virtual Work) 43
• 3.5 강성행렬 예측 44
• 3.6 기계적 특성 DB 57
• 제 4장 열적 특성 분석 63
• 4.1 열팽창 계수 (Coefficient of Thermal Expansion) 63
• 4.2 열 변형률 64
• 4.3 열적 특성 DB 65
• 제 5장 결론 및 고찰 69
• 참고 문헌 71
• SUMMARY 77