복합재 스카프 조인트에서의 마이크로 볼트 보강에 대한 타당성 연구
Effect of Micro-bolt Reinforcement for Composite Scarf Joint
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초록
스카프 접착 조인트를 마이크로 볼트로 보강하였을 때, 볼트의 보강효과를 얻을 수 있는지를 시험으로 연구하였다. 스카프 형상에 따른 조인트 보강효과를 확인하기 위해 3가지 스카프비(1/10, 1/20, 1/30)를 고려하였다. 접착면적에 따른 핀의 밀도를 동일하게 유지하기 위해, 1/10, 1/20, 1/30 스카프비를 가지는 조인트에 각각 16, 32,48개의 볼트를 보강하였다. 기준값을 획득하기 위해 접착제로만 체결된 조인트와 마이크로 볼트만 사용한 조인트에 대한 시험도 수행하였다. 시험 결과 접착제만 적용한 경우, 각 스카프비(1/10, 1/20, 1/30)에 따른 파손하중은 29.7,39.6, 44.8 kN로 나타났다. 마이크로 볼트로 보강한 경우 파손하중은 스카프비에 따라 각각 28.4, 37.2, 40.1 kN으로 나타났는데, 순수 접착 조인트 파손하중의 96, 94, 90%에 해당한다. 마이크로 볼트만 사용한 경우, 파손하중은 접착 조인트 인장강도의 13-25%에 불과하였다. 스카프비 1/10 조인트의 피로시험 결과 접착제와 볼트를 동시에 사용한 하이브리드 조인트의 피로강도가 접착제만 사용한 경우의 피로강도보다 증가하였지만, 증가율은 2-3%로 미미하였다. 본 연구를 통해 박리응력이 파손의 주원인이 되는 구조물에서와 달리, 전단응력이 파손의 주원인이 되는 스카프 조인트의 경우 마이크로 볼트의 보강효과는 나타나지 않는 것을 확인하였다.
Abstract
The reinforcement effect of micro-bolt for a bonded scarf joint was investigated. Three scarf ratios of 1/10, 1/20, and 1/30 were considered to examine the effect of scarf patch configuration on joint strength. To maintain the same density of micro-bolt, 16, 32, and 48 bolts were installed in the scarf joint specimens with scarf ratios of 1/10, 1/20, and 1/30, respectively. Tests were also carried out on the joints that are bonded with only adhesive and that are fastened with only micro-bolts to obtain reference values. The average failure loads of the adhesive joints with scarf ratios of 1/10, 1/20, and 1/30 were 29.7, 39.6, and 44.8 kN, respectively. In case of micro-bolt reinforcement, the failure loads at the same scarf ratios were 28.4, 37.2, and 40.1 kN, respectively, which corresponds to 96, 94, and 90% of the pure adhesive joint failure loads. In the case of using only micro-bolts, the failure loads were only 13-25% of the average failure loads of pure adhesive joints. Fatigue test was also conducted for the joints with scarf ratio of 1/10. The results show that the fatigue strength of hybrid joints using both adhesive and microbolts together slightly increased compared to the fatigue strength of adhesive joint, but the rate of increase was small to 2-3%. Through this study, it was confirmed that the reinforcement effect of micro-bolt is negligible in the scarf joints where shear stress is dominating the failure, unlike in the structure where peel stress is dominant.
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