광섬유 FBG 센서기반 성형 모니터링을 통한 철도 차량용 복합재 내장재 패널의 성형 품질 평가
Molding Quality Evaluation on Composite Laminate Panel for Railway Vehicle through Cure Monitoring using FBG Sensors
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초록
최근, 철도차량 분야에서는 경량화 및 운송 효율화를 위해 복합재 활용에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라 다양한 차량 부품에 복합재를 적용하고자 하는 연구 및 상용화 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 복합재 적용에 대한 품질 검증을 위해 완성품의 기계적 성능 평가와 같은 사후 측정을 중심으로 평가가 이루어지고 있다. 하지만, 제작 품질에 큰 영향을 미치는 요소인 복합재 성형 과정에서 발생하는 열과 응력에 대한 분석은 미비한 상황이다. 따라서, 본 연구에서는 철도차량용 복합재 부품의 성형 품질을 검증하기 위하여 가장 활발히 사용되는 복합재 내장재 패널 2종(라미네이트 패널, 샌드위치 패널)에 대한 성형 품질 분석을 진행하였다. 이를 위해 복합재 내부 적용에 용이한 FBG 광섬유 센서를 이용하여 성형 과정 동안 온도 및 변형률 변화를 모니터링 하고, 성형 완료 후 발생하는 잔류 변형률 값을 측정하였다. 결과적으로, 과열 현상과 과도 잔류응력이 발생하지 않은 것을 확인함으로써 철도차량용 복합재 내장재 패널의 우수한 성형 품질을 검증하였다.
Abstract
Recently, in the field of railway vehicles, interest in the use of composite materials for weight reduction and transportation efficiency is increasing. Accordingly, research and commercialization development to apply composite materials to various vehicle parts are being actively conducted, and evaluation is conducted centering on post-measurement such as mechanical performance evaluation of finished products to verify quality when composite materials are applied. However, the analysis of heat and stress generated during the molding process of composite materials, which are factors that greatly affect manufacturing quality, is insufficient. Therefore, in this study, in order to verify the molding quality of composite parts for railway vehicles, the molding quality analysis was conducted for the two types of composite interior panels (laminate panel and sandwich panel) that are most actively used. To this end, temperature and strain changes were monitored during the molding process by using an FBG fiber optic sensor, which is easy to apply to the inside of the composite, and the residual strain value generated after molding was completed was measured. As a result, it was confirmed that overheating and excessive residual stress did not occur, thereby verifying the excellent molding quality of the composite interior panel for railway vehicles.
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