Original Article
  • A Study of Carbon NCF Prepreg Manufacturing and Stacking Pattern Optimal Design Using Structure Analysis
  • S. Kim*,**, H. C. Shin**, Sung Kyu Ha***

  • Hanyang University of Mechanical Engineering, Seoul 04763, Korea

    ** Korea Institute of Carbon Convergence Research Institute

    ***† Hanyang University of Mechanical Engineering, Seoul 04763, Korea

  • CFRP 적용을 위한 Carbon NCF Prepreg 제작 및 구조해석을 활용한 적층패턴 최적설계 연구
  • 김 신*,** · 신헌충** · 하성규***


Recently, the fire rescue truck in problem proceed research it for the fast works action and for pass the small road. So we were research for weight reduction. In this study, the (NO. 5) fifth boom of the fire rescue truck have 288 mm(W) x 299 mm(D) x 3,691 mm(L) with a maximum load of 876 kg and the thickness of 3 mm of the Steel Boom. This changing of Steel (STRENX960) to CFRP was weave Carbon Fiber NCF (±45o, 2axis) and then it make the NCF Prepreg. This process was designed based on structural analysis, the effects of NCF Prepreg (±45o) on torsion were identified, and the optimal design was made with Stacking Pattern (b). Stack patterns were optimized for levels equal or higher than existing Steel Boom and CFRP Boom stacked in the UD direction, and finally, the lightening effect on weight of approximately 49.6% of the steel was identified

기존 소방구조용 작업차에서 문제가 되고 있는 협소도로 진입의 어려움 및 구조를 위한 신속한 작업 전개 한계성을 극복하기 위한 목적으로 소형 구조작업차 연구가 진행되고 있으며 이에 따른 경량화 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 소방 구조 작업차 5번 붐은 288 mm(W) x 299 mm(D) x 3,691 mm(L)이며 이에 걸리는 최대 하중은 876 kg이고, Steel Boom의 Thickness는 3 mm이다. Steel (STRENX960)을 CFRP 복합재로 변경하여 제작하기 위해 Carbon Fiber NCF (±45o, 2축)를 직조하고 이를 NCF Prepreg로 제작하였고 경량화와 강성, 강도를 극대화할 수 있는 최적설계 패턴을 제시하였다. 이 과정은 구조해석을 바탕으로 설계하였고, NCF Prepreg의 (±45o)가 비틀림에 미치는 영향을 확인했으며 적층패턴(b)로 최적설계 하였다. 기존 Steel Boom과 UD방향으로 적층한 CFRP Boom과 동등하거나 이상의 수준에 대한 적층패턴을 최적화하였고, 최종적으로 Steel 대비 약 49.6% 무게에 대한 경량화 효과를 확인하였다

Keywords: 탄소복합재료(CFRP), NCF 프리프레그(Non-crimp fabric prepreg), 최적설계(Optimal design), 적층패턴 최적화(Optimization stacking pattern), NCF (Non-crimp fabric)

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Correspondence to

  • Sung Kyu Ha
  • ***† Hanyang University of Mechanical Engineering, Seoul 04763, Korea

  • E-mail: sungkha@gmail.com