Carbon fiber composites are inherently vulnerable to impact due to the brittleness of the matrix and the macroscopic interface characteristics between the fiber and matrix. For composite structures such as wind turbine blades and robotic arms, which are subject to dynamic bending loads, it is critical to assess both the absorbed energy and the residual bending strength. In this study, a Charpy three-point bending impact test was conducted to investigate the damage and residual bending strength characteristics of the composite specimens. The results showed that the absorbed energy was superior in unidirectional fiber composites compared to fabric composites, and that aluminum, which has a larger plastic deformation region, exhibited higher absorbed energy values than composite materials. The minimum impact energy required for failure was approximately 10.6% higher in unidirectional fiber composites compared to fabric composites, which closely correlated with a similar increase in absorbed energy (10.2%). Additionally, the maximum load during the impact showed a trend similar to the static bending failure load and exhibited values higher than the static bending failure load.

탄소섬유 복합재는 기지재(Matrix)의 취성과 섬유와 기지재 사이의 경계면을 갖는 특성으로 인하여 충격에 취약한 성질을 가지는 단점이 있다. 풍력 블레이드, 로봇암 등과 같은 복합재 구조물은 굽힘하중이 동하중의 형태로 작용하며 이에 대한 흡수에너지 및 굽힘 잔류강도 평가는 매우 중요하다. 본 논문에서는 샤르피 3점 굽힘 충격시험을 수행하여 복합재 시편의 손상정도와 잔류 굽힘강도 특성에 대한 연구를 수행하였다. 충격시험 결과, 흡수에너지는 패브릭 복합재보다 일방향 섬유 복합재가 우수하였으며, 소성구간이 큰 알루미늄 소재는 복합재 소재보다 흡수에너지가 높은 값을 나타냄을 확인하였다. 파손이 발생하는 최소 충격에너지는 패브릭 복합재보다 일방향 섬유 복합재의 최소 충격에너지가 약 10.6% 증가되었음을 볼 수 있었으며, 이는 흡수에너지 증가(10.2%)와 매우 유사한 경향을 나타내었다. 또한, 충격하중 시의 최대하중은 정적 굽힘 파손하중과 매우 유사한 경향을 보이며, 정적 굽힘 파손하중보다 높은 값을 나타내었다.

Keywords: 샤르피 충격시험(Charpy impact test), 흡수에너지(Absorbed energy), 파손 하중(Failure load), 잔류 강도(Residual strength)