복합재료는 가벼우면서 기계적 특성이 좋아 여러 산업에서 복합재 적용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 오늘은 복합재 관련 최근 학위논문들을 정리하며 복합재료 연구 동향을 파악해 보았습니다. 개인 공부 목적으로 저자의 의도와 다른 점이 있을 수 있으니 정확한 내용은 원문을 참고하시길 바랍니다.
복합재료 연구 개념
항공기, 자동차 등 다양한 산업에서 중량은 매우 중요한 부분입니다. 가벼워지면 적은 연료로 많은 거리, 성능을 낼 수 있고 더 많은 화물과 승객을 수용할 수 있기 때문입니다. 또한 환경적으로도 연료 소모를 줄이는 것은 중요한 요소입니다. 최근 항공기 개발에서는 복합재의 사용이 증가하고 있는데 총중량의 50% 이상을 복합재로 적용하고 있습니다. 주로 사용되는 재로는 탄소 섬유 강화 복합재(Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)이며 금속재에 비해 비강도, 비강성이 우수하며 복합재 섬유의 적층 패턴에 따라 특성이 달라지는 것이 특징입니다.
새로운 해석 방법 제안
먼저 복합재 구조 해석 시 새로운 해석 방법을 제안하는 논문들이 있었습니다. 복합재료는 금속재 구조물에 혼용되는 경우가 일반적인데 이런 이종 재질의 복합재 플라이 오버랩 조인트 구조에서 피로 수명을 예측하는 해석 방법과 설계허용값 해석 방법에 대한 연구가 있었습니다.
오버랩 조인트 구조 피로 해석 방법
이예주, 2023, 이종 복합재 플라이 오버랩 조인트 구조의 피로 수명 예측, 한국항공대학교
이 논문은 이종 복합재 플라이 오버랩 조인트 구조의 새로운 피로 특성 방법을 제안하여 피로 시험 데이터가 존재하는 구조로부터 동일한 재료와 다른 기하학적 변수를 가지는 구조의 재료상수를 계산하여 S-N 선도를 예측하는 방법을 제안했습니다.
설계허용 해석 방법
이명건, 2022, 탄소섬유 복합재 적층판의 설계허용값 회귀분석기법에 관한 연구, 충남대학교
항공기용 복합재료의 공급 미국, 일본이 주도하고 있지만 여러 제약들로 국내 복합재 개발은 아직 미흡한 상황입니다. (무인항공기용 탄소섬유 복합재료 규제, 민수항공기 탄소섬유 복합재료 수출허가 품목) 따라서 개발된 항공기용 복합재료 설계 허용값 획득이 어려워 국내 복합재료 설계허용값 개발에 대한 연구 필요성을 느껴 적층판 시험데이터 기반 설계 허용값으로 파손 강도 평가한 논문입니다.
복합재료 적용 제안
기존 금소재 구조물을 복합재로 적용하는 부분, 수소 탱크, 웨어러블 외골격 복합재에서 아직 연구가 미흡한 재료를 적용한 연구들이 있었습니다.
금속재 복합재 적용 검토
김명재, 2023, 단일 압축 또는 전단 하중을 받는 항공기 구조물의 복합재 적용성 검증 연구, 경상국립대학교
복합재 좌굴 해석을 주제로 단일 압축, 전단 하중을 받는 금속재를 복합재로 적용 가능한지 연구한 논문입니다. 기존 연구는 복합재 별 적층 패턴에 따른 강도 개선, 비교한 사례가 많았다면 금속재를 복합재로 변경하였을 때 적용성을 검증한 연구 없었습니다. 연구 방법으로 단일 압축 또는 전단 하중을 받는 항공기 구조물을 선정하여 좌굴 해석 관점에서 해석을 수행하고 이를 시험 값과 비교하여 검증하였습니다.
수소 탱크 열가소성 소재 적용 연구
김건형, 2023, 열가소성 복합재 탱크 제작 및 해석, 경상국립대학교
수소차 개발에서 중요한 부분은 수소를 저장하는 탱크입니다. 수소 탱크는 고압을 견디며 무게가 가벼워야 하는데 비강성, 비강도 특성이 우수한 탄소섬유와 성형이 비교적 쉬운 열경화성 수지가 적용되고 있습니다. 하지만 최근 탈탄소화 중립 시대에 맞춰 재활용이 가능하고 경화시간이 짧으며 기체 투과율 특성이 우수한 열가소성 복합재에 대한 연구의 필요성이 중요해졌고 열가소성 복합재 탱크 제작에 대해 구조 건전성 평가를 한 논문입니다.
웨어러블 외골격 CFRP 복합재 적용 연구
차재호, 2022, 웨어러블 외골격 CFRP 복합재의 장기수명 예측 및 구조 안전성 평가, 금오공과대학교
군, 산업에서의 임무 수행 능력 향상, 부상 방지 목적을 위한 웨어러블 외골격 개발에서 착용감, 성능 개선을 위해 비강도, 비강성 우수한 복합재를 사용하고 있는 추세입니다. 이 논문은 웨어러블 외골격에 CFRP 복합재를 적용하여 시간, 온도 영향성을 받는 점탄성 특성에 대해 구조적 성능, 안전성 평가를 하였습니다. CFRP 복합재의 시간, 온도에 따른 장기 성능 평가를 수행하였습니다.
직물 복합재 폼 코어 샌드위치 손상 및 층간분리 연구
임성준, 2019, 저속 충격을 받은 폼 코어 샌드위치 복합재 평판의 점진적 손상 및 층간분리 현상에 관한 연구, 과학기술연합대학원대학교
현재 복합재료 연구는 일방향 복합재 적층판에 대한 연구가 직물 복합재 적층판보다 활발히 수행되고 있습니다. 직물 복합재 적층판은 방향성이 없는 특징이 있는데 가장 대표적인 것은 샌드위치 복합재 중 허니콤 코어 샌드위치입니다. 이 논문에서는 아직 연구가 활발히 수행되고 있지 않은 직물 복합재의 폼 코어 샌드위치 구조 중 복합재 중 저속 충격 연구에서 페이스시트가 쿼츠/시아네이트 에스테르로 구성된 샌드위치 복합재에 대한 충격 연구를 수행하였습니다. 연구 방법으로는 외부로부터 충격을 받을 수 있는 레이돔의 패브릭 복합재, 샌드위치 복합재 평판에 대해 점진적 손상 및 층간분리 형상에 대한 연구를 수행하였습니다.
복합재료 결함 분석
복합재료를 적용 후 제작 시 결함 케이스를 분석, 해결 방안을 고찰하는 연구도 있었습니다. 결함 케이스를 분석하여 원인을 파악하고 수리 방법을 검증하였습니다.
결함 분석
조일륜, 2013, 복합재 항공기 결함 분석과 해결방안 고찰, 경상대학교 항공우주특성화대학원
항공기 복합재 제작 시 결함 케이스를 선정하여 원인, 결함 유형을 분석하고 수리 방법과 해석을 통해 이를 검증한 논문입니다. 복합재 구조물의 손상 수리, 수리용 자재, 구조물의 설계의 중요성과 복합재 항공기 결함유형 및 수리 접근방법에 대해 설명하였습니다.
'학업' 카테고리의 다른 글
| Helicopter, Drone, UAM Development History (0) | 2023.05.13 |
|---|---|
| Main characteristics of helicopter Comparison with Airplanes (0) | 2023.05.13 |
| 논문 정리 '복합재 항공기 날개 구조물 전기체 피로시험' (0) | 2023.04.22 |
| 논문 정리 '섬유강화 복합재료 파손이론 민감도 분석' (0) | 2023.04.15 |
| 복합재료 기본 개념 정리(구성, 장단점, 특성) (0) | 2023.04.15 |
댓글