스카프 패치로 수리한 복합재 단일겹침 체결부의 파손 특성 연구
Failure Characteristics of Scarf Patch-repaired Composite Single-lap Joints
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초록
본 연구에서는 스카프 패치로 수리한 복합재 단일겹침 체결부의 파손강도를 시험과 해석으로 연구하였다. 스카프 비, 모재의 적층패턴, 결함크기를 달리 하며 총 45개의 시편에 대한 시험을 수행하여 파손강도와 파손모드를 분석하였다. 다양한 형상의 시편에 대한 시험 결과, 한 경우를 제외하고는 수리 후의 체결부가 결함이 없는 체결부 강도 이상의 강도를 회복하며, 체결부 인자에 따른 특별한 차이는 나타나지 않는 것을 확인하였다. 파손강도가 낮게 나타난 한 경우에 대한 파손면 분석결과 모재의 표면층인 평직층의 표면처리가 충분치 않은 것이원인인 것으로 판단되었다. 시험 결과의 분석을 위해 3차원 유한요소해석을 수행하였는데, 유한요소해석에서도고려한 체결부 인자가 상하부 모재와 패치, 접착층에서의 응력에 큰 영향을 미치지 않는 것을 확인하였다. 이는단일겹침 체결부의 경우 외부 인장하중이 겹침영역을 통과하면서 상하부 모재로 분산되기 때문인 것으로 판단된다. 시험과 해석 결과 모재 중앙에 결함이 존재하는 단일겹침 체결부의 경우 절차에 따라 패치 접착이 이루어지고, 모재의 표면처리가 충분히 이루어진다면 수리를 통해 손상 전 강도를 회복할 수 있는 것으로 판단된다.
Abstract
The failure strength of composite single-lap joint repaired using scarf patch was investigated by test and finite element method. A total of 45 specimens were tested changing scarf ratio, stacking pattern, and defect size to study the failure strength and mode. Except for one case, all repaired specimens showed the equal or higher strength than the sound specimens and the effect of considered repair parameters was not remarkable. It was found through the failure mode inspection that the surface treatment for bonding was not enough in the case which failed at the lower load than the sound specimen. Three-dimensional finite element analysis was conducted to verify the test results. It was confirmed that the considered repair parameters do not significantly affect the stress distribution of the specimens. It was also observed that the applied tensile load is relieved passing through the overlapped region thickness of which is almost double. From this study, it is concluded that if the bonding procedure for adherends and patch including surface treatment for fabric layer is thoroughly followed, the strength of repaired single-lap joint can be restored up to the strength of sound one.
참고문헌 (17)
- Baker, A., "Composite Materials for Aircraft Structures" (2004), American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc
- Thunga, M., "Low Viscosity Cyanate Ester Resin for the Injection Repair of Hole-edge Delaminations in Bismaleimide", Carbon Fiber Composites, 2013, pp.52, 31~37
- Choi, J. W., "Study of Fatigue Behavior of Repaired Composites", Composite Research, 12(3), pp.26~35 (1999)
- 이우용, "복합재 패치 보강 평판의 균열선단 진전거동 해석", Composites Research, 17(4), pp.68~73 (2004), 한국복합재료학회
- 공창덕, "충격 손상된 카본", 에폭시 복합재 구조의 패치 접착 보수 방안 적용 후 압축 강도 특성 평가, 2010, pp.23(5), 15~21[DOI]
- Kim, H.S., "Development of a Strength Model for the Cocured Stepped Lap Joints under Tensile Loading", Composite Structures, 32(1-4), pp.593~600 (1995)
- Kim, J.H., "Evaluation of Fatigue Characteristics for Adhesively-bonded Composite Stepped Lap Joint", Composite Structures, 66(1-4), pp.69~75 (2004)
- Harman, A.B., "Improved Design Methods for Scarf Repairs to Highly Strained Composite Aircraft Structure", Composite Structures, 75(1-4), pp.132~144 (2006)
- Gunnion, A.J., "Parametric Study of Scarf Joints in Composite Structures", Composite Structures, 75(1-4), pp.364~376 (2006)
- Kumar, S.B., "Failure of Aerospace Composite Scarf-joints Subjected to Uniaxial Compression", Materials Science and Engineering: A, 412(1-2), pp.117~122 (2005)
- Kumar, S.B., "Tensile Failure of Adhesively Bonded CFRP Composite Scarf Joints", Materials Science and Engineering: B, 132(1-2), pp.113~120 (2006)
- Breitzman, T.D., "Optimization of a Composite Scarf Repair Patchunder Tensile Loading", Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 40(12), pp.1921~1930 (2009)
- "ASTM D3165-07. Standard Test Method for Strength Properties of Adhesives in Shear by Tension Loading of Single-lapjoint Laminated Assemblies", ~
- "ASTM D1002-01. Standard Test Method for Apparent Shear Strength of Single-lap-joint Adhesively Bonded Metal Specimens by Tension Loading(metal-to-metal)", ~
- Anyfantis, K.N., "Loading and Fracture Response of CFRP-to-steel Adhesively Bonded Joints with Thick Adherents – Part I: Experiment", Composite Structures, 96, pp.850~857 (2013)
- Kim, K. S., "Failure Mode and Strength of Uni-directional Composite Single Lap Bonded Joints with Different Bonding Methods", Composite Structures, 72(4), pp.477~485 (2006)
- Benard, Q., "Peel Ply Surface Treatment for Composite Assemblies: Chemistry and Morphology Effects", Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 36(11), pp.1562~1568 (2005)