탄소섬유 강화 플라스틱 (Carbon fiber reinforced plastics, CFRP)은 고함량의 탄소섬유 (Carbon fiber, CF)와 고분자로 이루어진 복합재료로서, 뛰어난 기계적 성능으로 항공우주, 자동차, 토목 등 다 양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 하지만 사용량 증가에 따른 폐기물의 환경문제와 추출한 재활용 탄소섬유 (Recycled carbon fiber, rCF)의 적용 가능 분야의 한계로 인해 재활용이 제한적인 실정이 다. 본 연구에서는 rCF와 CF 혼입 시멘트계 전자파 복합재를 제작하여 그 성능을 비교 분석하기 위 한 실험을 수행하였다. 구성재료는 시멘트, 잔골재, 고성능 감수제를 사용하였으며, 비교 분석을 위해 CF와 rCF를 각각 6 mm, 12 mm 길이를 0.1, 0.3, 0.5, 1.0 wt.% 함량으로 사용하였다. 전자파 복합 재의 흡수 성능 향상을 위해 각각 다른 함량의 다층 구조를 형성하였으며, 전자파 투과를 낮은 함량에 서 높은 함량 방향이 되도록 측정을 진행하였다. 전자파 차폐성능은 재령 28일 이후 네트워크 분석기 를 사용하여 자유 공간에서 측정하였으며, C-band (4~8 GHz)와 X-band (8~12 GHz) 주파수 영역 에서의 반사율과 투과율을 각각 측정하였다.

본 연구는 기존 (불)투과형 사방댐의 부식 및 시공성 등의 문제를 보완하고자 GFRP와 CFRP를 사용하여 내부식성 투과형 사방댐을 설계한 선행연구의 후속 연구로써 FRP로 제작된 격자형 사방 구조물(Grid)을 설계하여 탈부착이 가능한 투과 형 사방댐을 개발하기 위한 기초 연구이다. 이를 위해 탄소산업진흥원(K-Carbon)의 상용 Grid 제원을 인용하였으며, Grid를 구성 하는 띠(Strip)는 41×21개로 총 4000×2000×1.5 mm의 크기로 설계하였다. Grid의 개발을 위한 기초 연구라는 특성상 Grid의 지지 부(Slot)와 충진재는 파괴되지 않는다고 가정하였으며, FRP의 파괴 이론인 Hashin Damage Criteria에 따라 Grid의 설계하중 작용 시의 안전성을 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS로 평가하였다. 그 결과, 0.01~0.03sec 내에서 GFRP와 CFRP Grid가 파괴 되었으며, 이는 Grid의 성능이 충분하지 못함을 의미한다. 이에 따라 Grid의 성능 향상을 위해서 GFRP 및 CFRP(면재)와 Balsa Wood(심재)로 구성된 Sandwich Grid를 개발하였으며, 동일 조건에서 해석을 수행한 결과, Grid 대비 Sandwich Grid가 약 126~140 배 뛰어난 성능을 보였다. 결론적으로 Sandwich Grid를 이용한 탈착형 사방댐은 내구성 및 경제성 측면에서 이점이 분명하다 판 단되지만, 이는 일부 가정 사항과 수치 해석을 기반으로 하는 결과이므로 향후 추가 연구가 수행되어야 할 필요가 있다.

The membrane structure should maintain the membrane materials in tension for structural stability guaranty. The anchoring part in the membrane structure is an important part. It has the function to introduce tension into membrane materials and function to transmit stress which membrane materials receives to boundary structure such as steel frames. In this paper, it grasps anchoring system of the anchoring part in the membrane structure concerning the fracturing characteristic condition of membrane structure, and the influence which is caused to yield it designates the stress state when breaking the membrane structure which includes the anchoring part and that stress transition mechanism is elucidated as purpose. This paper follows to previous paper, does 1 axial tensile test concerning the bolting part specimen, grasp of fracturing progress of the bolting part and the edge rope and hardness of the rubber, does the appraisal in addition with the difference of bolt tightening torque. As a result, the influence which the bolt anchoring exerts on the fracturing characteristics of the membrane material in the membrane structure anchoring part is examined.

본 연구의 목적은 재료분야 국내 공동특허의 공동 출원인 정보를 이용하여 연구협력 네트워크의 구조, 특징, 진화를 탐구하는 것이다. 이를 위해 재료 기술분야(금속, 세라믹, 고분자 등 6개 기술분야) 및 혁신주체(산업계, 학계, 연구계)의 네트워크 구조 및 동태를 정량적으로 분석하며, 2010년∼2021년까지 한국의 공동특허 데이터를 활용하여 소셜 네트워크 분석(SNA)을 사용한다. 분석결과, 재료분야는 세부기술별로 네트워크의 차별점이 존재하며, 산업계, 학계, 연구계 등 혁신주체별 협력 강도의 명백한 단계별 특성을 가진다. 연구협력 네트워크의 규모는 점차 확장되어 ‘작은 세계’ 구조를 보여주고 있다. 본 연구를 통해 재료 정책 관점에서 지금까지 시행된 재료분야 산학연 협력 정책의 효과를 파악하는데 정책적 시사점을 제공함과 동시에, 보다 효과적인 재료 혁신주체 간의 네트워크를 구축하기 위한 근거 기반의 정책 수립에 도움이 될 수 있다.

The study used the whole-life carbon assessment method to conduct a thorough carbon-neutral evaluation of a standard steel structure. To further assess carbon emissions, 11 design-changed models were evaluated, with changes made to the span between beams and columns. The results of the carbon emission assessment showed savings of approximately 13.1% by implementing the stage of the beyond life cycle. Additionally, the evaluation of carbon emissions through design changes revealed a difference of up to 42.2%. These findings confirmed that recycling and structural design changes can significantly reduce carbon emissions by up to 48.6%, making it an effective means of achieving carbon neutrality. It is therefore necessary to apply the stage of beyond life cycle and structural change to reduce carbon emissions.

로터 블레이드는 조류발전 터빈의 매우 중요한 구성 요소로서, 해수의 높은 밀도로 인해 큰 추력(Trust force)와 하중(Load)의 영 향을 받는다. 따라서 블레이드의 형상 및 구조 설계를 통한 성능과 복합소재를 적용한 블레이드의 구조적 안전성을 반드시 확보해야 한 다. 본 연구에서는 블레이드 설계 기법인 BEM(Blade Element Momentum) 이론을 이용해 1MW급 대형 터빈 블레이드를 설계하였으며, 터빈 블레이드의 재료는 강화섬유 중의 하나인 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)를 기본으로 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)를 샌드위치 구조에 적용해 블레이드 단면을 적층(Lay-up)하였다. 또한 유동의 변화에 따른 구조적 안전성을 평가하기 위해 유체-구조 연성해석 (Fluid-Structure Interactive Analysis, FSI) 기법을 이용한 선형적 탄성범위 안의 정적 하중해석을 수행하였으며, 블레이드의 팁 변형량, 변형 률, 파손지수를 분석해 구조적 안전성을 평가하였다. 결과적으로, CFRP가 적용된 Model-B의 경우 팁 변형량과 블레이드의 중량을 감소시 켰으며, 파손지수 IRF(Inverse Reserce Factor)가 Model-A의 3.0*Vr를 제외한 모든 하중 영역에서 1.0 이하를 지시해 안전성을 확보할 수 있었 다. 향후 블레이드의 재료변경과 적층 패턴의 재설계뿐 아니라 다양한 파손이론을 적용해 구조건전성을 평가할 예정이다.

In recent, fiber-reinforced composites have been widely used in many fields because of their excellent performance. In order to manufacture lightweight, high-performance, and inexpensive composites various laminated structures were designed. Six types of hybrid composites were fabricated with glass/basalt/aramid fibers by VARTM process. The effect of the laminated structure on the mechanical properties of composites was investigated through impact energy, tensile and bending strength. Compared to other conditions more higher impact energy was obtained when the aramid fibers were in the center position and more higher bending strength was obtained when the fibers are laminated in the order of increasing bending performance from top to bottom. The laminate structure did not affect tensile strength which mainly depends on the property of fibers.

이 논문은 재료의 전기 전도도 분포를 재구성하는 전기임피던스 단층이미지 기법(electrical impedance tomography; EIT)을 제시한다. 이 문제는 구조물 표면의 전극에서 측정된 전위와 계산된 전위의 차를 최소화하여 전기 전도도의 공간적 분포를 재구성하는 최적화 문제로 정의된다. 전류 입력 시 전위를 구하는 정해석 문제의 수학적 모델로서 완전전극모델(complete electrode model; CEM)을 사용하였다. 완전전극모델은 전기 포텐셜에 대한 라플라스 방정식과 전류 입력에 따른 경계조건들로 구성되는 경계값 문제이다. 완전전극모델 해의 정확성을 검증하기 위하여 유한요소법을 이용해 구한 원형 구조물의 전위해와 Technology Computer Aided Design(TCAD) 소프트웨어를 사용해 얻은 결과를 비교하였다. 완전전극모델의 지배방정식과 경계조건을 구속조건으로 하는 최적화 문제를 라그랑주 승수법(lagrange multiplier method)을 이용해 비구속 최적화 문제로 전환하고 라그랑지안의 1차 최적화 조건으로부터 전극에서의 전위 차를 최소화하는 최적의 전기전도도 분포를 도출 하였다. 원형 균일영역의 전기 전도도 분포를 재구성하는 역해석 예제를 통해 완전전극모델 기반 EIT 프레임워크의 적용성을 검토하였다.

본 연구에서는 탄소나노튜브/화이버/폴리머 복합소재 구조에 대한 재료 물성 및 강성 추정을 다룬다. 수정된 Halpin-Tsai 모델을 적용한 멀티 스케일 해석은 탄소나노튜브의 함유량 비율, CNT 두께-길이 비율, 화이버 부피 함유량, 그리고 화이버 보강각도 변화에 따라서 수행되었다. 본 연구에서 제시한 멀티-스케일 접근방법은 기존 모델을 적용하여 얻은 결과와 비교하여 검증하였다. 매개변수 해석을 통하여 CNT의 적절한 함유량은 적층된 CNTFPC 구조의 구조성능의 향상시킬 수 있는 중요한 특성을 규명하였다.

Porous materials such as polymeric foam are widely adopted in engineering and biomedical fields. Porous materials often exhibit complex nonlinear behaviors and are sensitive to material and environmental factors including cell size and shape, amount of porosity, and temperature, which are influenced by the type of base materials, reinforcements, method of fabrication, etc. Hence, the material characteristics of porous materials such as compressive stress-strain behavior and void volume fraction according to aforementioned factors should be precisely identified. In this study, unconfined uniaxial compressive test for two types of closed-cell structure polyurethane foam, namely, 0.16 and 0.32 g/cm3 of densities were carried out. In addition, the void volume fraction of three different domains, namely, center, surface and buckling regions under various compressive strains (10%, 30 %, 50 % and 70 %) were quantitatively observed using Micro 3D Computed Tomography(micro-CT) scanning system. Based on the experimental results, the relationship between compressive strain and void volume fraction with respect to cell size, density and boundary condition were investigated.

본 논문에서는 합성단면을 갖는 구조물의 극한 거동 해석에서 요구하는 재료 및 기하학적 비선형 해석을 수행하기 위한 보 요소를 제시하였다. 제안된 요소는 기하학적 비선형성을 효과적으로 모사할 수 있는 co-rotational 정식화를 통해 도출되 었으며, 다양한 합성단면의 저항성능을 재현할 수 있도록 화이버 단면법이 요소의 내력 및 강성을 산정하는데 활용되었다. 제안된 방법을 구현할 수 있도록 해석 프로그램이 개발되었으며, 호장법을 적용하여 최대내력 발생 이후의 연성거동뿐만 아 니라 심한 비선형 응답(snap-through 또는 snapback)까지 추적해낼 수 있도록 하였다. 본 연구에서 제안된 요소 정식화와 해석 프로그램의 정확성을 검증을 위해 몇 가지 수치예제가 수행되었고, 해석결과는 제안된 요소의 정확성과 효율성을 보이 기 위해 3차원 연속체 모델 및 기존 연구의 결과와 비교되었다. 추가로 합성단면을 갖는 골조 구조물에 대한 수치예제를 통 해, 합성단면을 구성하는 재료의 탄성계수 비 및 강도 비에 따른 영향을 분석하였다. 해석결과는 외층 재료의 탄성계수가 증 가됨에 따라 준취성 거동이 나타났으며, 외층 재료의 항복강도가 높을수록 선형 거동하는 기하적 비선형 응답과 유사한 응 답을 보였다.

Harmonic structure materials are materials with a core–shell structure having a shell with a small grain size and a core with a relatively large grain size. They are in the spotlight because their mechanical properties reportedly feature strength similar to that of a sintered powder with a fine grain size and elongation similar to that of a sintered powder with a coarse grain size at the same time. In this study, the tensile properties, microstructure, and stretchflangeability of harmonic structure SUS304L made using powder metallurgy are investigated to check its suitability for automotive applications. The harmonic powders are made by mechanical milling and sintered using a spark plasma sintering method at 1173 K and a pressure of 50 MPa in a cylindrical die. The sintered powders of SUS304L having harmonic structure (harmonic SUS304L) exhibit excellent tensile properties compared with sintered powders of SUS304L having homogeneous microstructure. In addition, the harmonic SUS304L has excellent stretch-flangeability compared with commercial advanced high-strength steels (AHSSs) at a similar strength grade. Thus, the harmonic SUS304L is more suitable for automotive applications than conventional AHSSs because it exhibits both excellent tensile properties and stretch-flangeability.

입자 복합재료는 입자의 형상, 크기 그리고 분포의 산포특성으로 인해 물성치의 편차가 존재하고, 입자 복합재료를 사용 한 시스템의 거동 또한 산포가 존재한다. 하지만 입자의 산포특성을 고려하기 어려우므로 균질화법을 사용하여 시스템의 거 동을 해석하거나 국부영역에서 미세구조를 적용하여 해석한다. 본 연구에서는 입자의 랜덤적 산포특성을 고려하기 위해 RMDFs(random morphology description functions)를 사용하여 랜덤 미세구조를 생성하였고, 단면 1차 모멘트를 사용하여 가우시안 함수의 수(N)와 입자의 산포특성의 관계를 분석하였다. 그리고 랜덤 미세구조 구조물의 거동을 분석하기 위하여 랜덤 미세구조를 전체에 반영한 외팔보에 multi-scale 해석을 수행하였다. 그 결과 입자의 산포특성과 외팔보의 처짐의 편차 는 N의 증가에 따라 감소하고 N=200에서 수렴하는 것을 확인하였다.