접합된 복합재료 적층 구조물의 분리 파손 특성 연구

Abstract

본 논문에서는 몇 가지 접합된 복합재료 구조물에 대해 파손 특성을 조사하고 해당 구조물에 적합한 접합 방법 및 파라미터를 제시하였다. 또한 접합 구조물의 분리 파손을 예측할 수 있는 방법을 제시하였다. 이를 위해, 단일 겹치기 조인트, skin-stiffener 시편, 복합재 보강패널의 세 가지 구조에 대한 시험 및 수치해석을 수행하였다. 이들 구조에 대해 이차접합, 접착제 없는 동시 성형, 접착제를 사용한 동시성형, 동시접합의 다양한 접합 방법을 고려하였다. 이차 접합 파라미터로는 접착제 두께, 표면 조도 및 fillet을 고려하였다. Open형 및 closed형의 보강재 단면 형상의 영향도 평가하였다. 단일 겹치기 접합 조인트에서는 시험 및 파손 예측을 통해 접착제의 접착강도와 조인트 강도가 항상 비례하지 않음을 보였다. 단일 겹치기 접합조인트의 파손 예측을 통해 임계 파손모드와 파손하중을 동시에 정확하게 계산하였다. 또한 접합 조인트의 강도를 향상시킬 수 있는 방법을 제안하고 시험으로 검증하였다. 복합재 보강패널 및 skin-stiffener 시편의 시험을 통해 복합재 보강패널의 분리파손 특성 및 좌굴 후 파손 특성을 상세히 살펴보았으며 접합방법 및 다양한 파라미터의 영향을 조사하였다. 보강패널의 좌굴 후 강도의 향상을 위해서는 분리파손을 방지하는 것이 중요하였으며 이를 위해서는 스킨의 좌굴 변형에 대한 보강재의 횡방향 강성을 감소시키는 것이 효과적이었다. Skin-stiffener 시편의 시험 및 수치해석을 통해, 다양한 파손모드에 대한 임계파손 허용치를 구하였다. 몇 가지 접합 방법 및 보강재 형상을 갖는 복합재 보강패널에 대해 면내 파손뿐만 아니라 분리파손을 고려한 파손 해석을 수행하였다. 이를 통해 보강패널에서 분리파손의 발생여부 및 분리파손으로 인해 감소된 최종 파손 강도를 잘 예측할 수 있었다.