Original Article
  • Themo-Micromechanical Behavior of Unidirectional Composites Under Unifonn Temperature Change
  • Heung-Soap Choi, Kyujong Ahn
  • 균일온도변화에 의한 단일방향 복합재료의 미시역학적 거동 연구
  • 최흥섭((주)대한항공, 한국항공기술연구원), 안규종((주)대한항공, 한국항공기술연구원)
Abstract
정육방형 또는 정사방형의 주기적인 섬유배열을 갖는 단일방향 장섬유로 보강된 복합재료가 균일 온도 분포 변화를 받을때 기지와 섬유 사이의 열팽창계수의 불일치로 인하여 섬유-기지간 경계층에서 발생하는 잔류 열응력성분 및 횡방향 상당열팽창계수를 일종의 수치해석 방법인 경계요소법을 사용하여 해석하였다. 섬유 또는 기지와는 상이한 강성값을 갖는 것으로 알려진 경계층을 반경 방향과 접선 방향으로 트랙션의 연속성을 갖고 변위의 불연속성인 점프를 표시할 수 있도록 두께가 없는 스프링의 배열로 모델링하였으며 이들 스프링이 갖는 반경 및 접선 방향 강성값의 변화와 섬유의 체적비 및 배열이 단일방향 복합재료의 미시역학 및 거시역학적 거동에 미치는 영향 등을 고찰하였다. 기지의 열팽창계수가 섬유의 열팽창계수 보다 크고 균일온도 분포로 냉각되는 경우 경계층에서는 섬유의 반경 반향으로 압축 응력이 작용하고 경계층의 기지부에는 둘레 방향으로 인장 응력이 작용하는데 전자의 경우에는 경계층의 강성값이 작거나 국부적으로 경계층의 파단이 있는 경우에도 단일 방향 복합재료의 횡방향 인장 탄성값의 저하를 어느정도 방지하는 역할과 후자의 경우에는 복합재료가 추가적인 기계적 하중이나 반복되는 열 하중을 받을 경우 조기의 항복을 야기할 수 있음을 유추할 수 있었고 상당열팽창계수는 경계층에 반경 방향으로 큰 압축 응력이 작용하므로 경계층의 강성값에는 거의 무관한 거동을 보임을 알았다. 경계층의 강성값이 경계층에서의 응력분포에 미치는 영향을 보면 반경 방향과 강성값 보다는 둘레 방향 강성값이 보다 큰 영향을 줌을 볼 수 있고 섬유체적비가 섬유의 배열 방식보다는 상당열팽창계수의 크기에 더 큰 영향을 줌을 보였다.

정육방형 또는 정사방형의 주기적인 섬유배열을 갖는 단일방향 장섬유로 보강된 복합재료가 균일 온도 분포 변화를 받을때 기지와 섬유 사이의 열팽창계수의 불일치로 인하여 섬유-기지간 경계층에서 발생하는 잔류 열응력성분 및 횡방향 상당열팽창계수를 일종의 수치해석 방법인 경계요소법을 사용하여 해석하였다. 섬유 또는 기지와는 상이한 강성값을 갖는 것으로 알려진 경계층을 반경 방향과 접선 방향으로 트랙션의 연속성을 갖고 변위의 불연속성인 점프를 표시할 수 있도록 두께가 없는 스프링의 배열로 모델링하였으며 이들 스프링이 갖는 반경 및 접선 방향 강성값의 변화와 섬유의 체적비 및 배열이 단일방향 복합재료의 미시역학 및 거시역학적 거동에 미치는 영향 등을 고찰하였다. 기지의 열팽창계수가 섬유의 열팽창계수 보다 크고 균일온도 분포로 냉각되는 경우 경계층에서는 섬유의 반경 반향으로 압축 응력이 작용하고 경계층의 기지부에는 둘레 방향으로 인장 응력이 작용하는데 전자의 경우에는 경계층의 강성값이 작거나 국부적으로 경계층의 파단이 있는 경우에도 단일 방향 복합재료의 횡방향 인장 탄성값의 저하를 어느정도 방지하는 역할과 후자의 경우에는 복합재료가 추가적인 기계적 하중이나 반복되는 열 하중을 받을 경우 조기의 항복을 야기할 수 있음을 유추할 수 있었고 상당열팽창계수는 경계층에 반경 방향으로 큰 압축 응력이 작용하므로 경계층의 강성값에는 거의 무관한 거동을 보임을 알았다. 경계층의 강성값이 경계층에서의 응력분포에 미치는 영향을 보면 반경 방향과 강성값 보다는 둘레 방향 강성값이 보다 큰 영향을 줌을 볼 수 있고 섬유체적비가 섬유의 배열 방식보다는 상당열팽창계수의 크기에 더 큰 영향을 줌을 보였다.

This Article

  • 1995; 8(4): 11-25

    Published on Aug 31, 1995