패턴에 따른 3축 브레이드 복합의 기계적 물성 분석
Analysis of the Mechanical Properties of Triaxial Braided Composites depending on its Patterns
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초록
브레이드 복합재는 높은 구조적 자유도와 우수한 파괴 인성으로 인해 자동차 및 항공우주 등 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다. 이때 브레이드 패턴은 복합재의 기계적 성능에 큰 영향을 미치므로, 제작 변수에 따른 패턴 변화 및 그로 인한 물성 변화에 대한 분석이 필수적이다. 본 연구에서는 3축 브레이드 패턴을 결정짓는 주요 인자인 심축 지름의 변화가 패턴 형성과 복합재 물성에 미치는 영향을 분석하였다. 브레이드 방향 섬유 간 간격이 좁아질수록, 섬유들 간의 상호 얽힘이 발생하여 섬유이동이 제한되었다. 이로 인해 실제 제작된 패턴은 기존 이론적으로 제시된 형태와 상이한 구조를 나타냈다. 이러한 패턴 변화는 비피복 영역 (Uncovered region)의 비율을 증가시키고, 축 방향 섬유의 휘어짐을 유발하였다. 결과적으로, 축 방향 섬유의 휘어짐으로 인해 복합재의 축 방향 강성은 감소하였으며, 비피복 영역의 증가로 인해 축 방향 강도 또한 저하되었다.
Abstract
Braided composites are widely used in various fields such as automotive and aerospace industries due to their high structural design flexibility and fracture toughness. Since the braided pattern significantly affects the mechanical properties of the composite, it is essential to analyze its pattern induced by manufacturing parameters and the resulting changes in mechanical properties. In this study, the effects of mandrel diameter on pattern formation and the mechanical properties of triaxial braided composites were analyzed. As the distance between braided yarns decreased, interlocking among the yarns occurred, restricting their movement. As a result, fabricated braided patterns exhibited a structure that differed from the conventional patterns. These pattern changes increased the proportion of uncovered region and induced bending of the axial yarn. Due to these changes, the axial modulus decreased as a result of axial yarn bending, and the axial tensile strength was also reduced owing to the increased proportion of unreinforced regions.