금속 핀으로 보강된 복합재 단일겹침 체결부의 강도 연구
Strength of Stainless Steel Pin-reinforced Composite Single-lap Joints
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초록
본 논문에서는 금속 핀으로 보강된 일체성형 복합재 단일겹침 체결부에 대해, 보강 핀이 체결부의 파손거동에 미치는 영향을 시험으로 연구하였다. 핀의 지름(0.3, 0.5, 0.7 mm)과 밀도(0.5, 2.0, 4.0%)를 달리하여 총 6종류의 시편을 제작하였다. 복합재료와 보강핀은 각각 Toray사의 일방향 탄소-에폭시 프리프레그 T700-12K-31E#2510와 스테인리스 강이다. 핀 밀도가 매우 낮은 한 경우(0.5%)를 제외하고는, 모든 체결부에서 두께방향 핀의 보강으로 인해 초기균열의 발생이 더 빨라지는 것으로 나타났다. 그러나 극한강도는 최대 45%까지 증가하고, 특히 접착면의 완전한 분리 후에도 대변형 상태에서 핀이 추가적인 하중을 지지함으로써, 구조물이 안정적 파괴거동을 갖도록 하는 것을 확인하였다.
Abstract
The main objective of this study is to investigate the effect of metal z-pinning on the failure behavior of cocured composite single-lap joints. Three different pin diameters (0.3, 0.5, and 0.7 mm) and three pin areal densities (0.5, 2.0, and 4.0%) were examined. The specimens were fabricated by T700-12K-31E#2510 unidirectional prepreg from Toray. Stainless steel pins were used for z-pinning. Test results showed that except one case with extremely low pin density of 0.5%, all other z-pinned joints exhibited lower initial crack stresses than those of the unpinned joint. However the ultimate strength of the z-pinned joint increased up to 45% at most. Furthermore, even after the complete failure of the joint, the z-pins sustained the carried load to a certain degree experiencing large deformation and provided the stable fracture behavior for the composite joint.
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