편향 인장 및 트렐리스 시험에 의한 직물 복합재료의 면내 전단 물성 평가
Characterization of In-plane Shear Behaviors of Woven Fabrics by Bias-extension and Trellis-frame Tests
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초록
서로 다른 길이비를 갖는 세 종류의 유리 직물 복합재료(평직, 균형능직, 비균형능직)의 면내 전단 물성 평가를 위해 편향 인장 시험을 실시하였다. 직물 복합재료의 전단각을 결정하기 위하여 인장 변형량과 직물의 크기에 기인한 이론식, 직접측정법 및 이미지 분석법등을 이용하여 서로의 장단점을 비교하여 보았으며, 편향 인장 시험의 기하구조를 이용하여 유도된 식을 통해 면내 전단력을 계산하였다. 또한 트렐리스 시험(trellis-frame test)에 의한 결과와의 비교를 통해 편향 인장 시험에 의한 전단 물성 측정법의 정확도를 평가하였다. 실험 결과, 이론식에 의한 전단각 계산법은 전단각이 30도 이내일 경우에 이미지를 통한 직접 측정의 결과와 유사하였으며, 면내 전단력은 평직이나 균형 능직과 같은 등방형 직물의 경우에만 측정 샘플의 길이비에 무관한 균일한 결과를 보였다. 또한 편향 인장 시험과 트렐리스 시험 모두 비등방성이 큰 직물에 대한 전단 평가를 수행하는 데 있어서 많은 편차를 나타내었다.
Abstract
Three types of glass woven fabrics (plain, balanced twill, and unbalanced twill) having various sample sizes and aspect ratios were tested using the bias-extension tests. Real-time deformation images, force, and displacement data were collected. For the bias-extension test, the shear angle of the fabrics from the equation based on the crosshead displacement and fabric size was compared with direct manual measurements of the warp and weft angles as well as the optical measurement software. To determine the shear force, an analytical equation was introduced considering the kinematics of the bias-extension test. The obtained shear behaviors were further compared with the results by the trellis-frame test. The optical measurement methods showed that the mathematical method was reasonable before the shear angle of the fabrics reaches 30° in the bias-extension tests. Also, the bias-extension test gave consistent behaviors with the trellis-frame test only for isotropic and homogeneous fabrics such as balanced plain and twill weaves.
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