The mechanical performance of SiC/SiC composites is significantly influenced by the architecture of fiber reinforcement. Among the various fabrication methods, the nano-powder infiltration transition/eutectic (NITE) process is a promising technique that is capable of achieving a dense and stoichiometric SiC matrix. The reinforcement architecture, such as cross-ply (CP) or woven prepreg (WP), is determined during the preform stage of the NITE process, which is crucial in determining the mechanical properties of SiC/SiC composites. In this study, the tensile test and double notch shear (DNS) test were conducted using NITE-SiC/SiC composites to investigate the effect of the fiber reinforcing architecture on the fracture mechanism of SiC/SiC composites. The tensile strength and maximum shear strength of both CP and WP specimens were nearly identical. However, other mechanical properties, particularly those of CP specimens, exhibited significant variability. A comparison of fracture surfaces and load-displacement curve analyses from the DNS tests revealed that the cross points of the longitudinal or transverse fibers act as obstacles to both deformation and crack propagation. These obstacles were found to be more densely distributed in WP specimens than in CP specimens. The variability observed in the mechanical properties of CP specimens is likely due to size effects caused by the sparser distribution of these obstacles compared to the WP specimens.

본 논문에서는 초기 압축 성형 공정 조건들이 단섬유 강화 복합소재 구조물의 기계적 거동 특성에 미치는 영향을 효과적으로 반영 할 수 있는 압축 성형-구조 연계 해석 방안을 제안하였다. 압축 성형 해석을 바탕으로 초기 charge의 형상 및 배치에 따른 부위별 단섬 유 배향 특성을 분석하였으며, 평균장 균질화 이론을 통해 단섬유 배향 특성에 따른 등가 이방 물성을 도출하였다. 나아가, 단섬유 배 향 정보가 Mapping된 유한요소 모델을 기반으로 초기 공정 조건들에 의해 야기되는 부위별 거동 특성 변화를 고려할 수 있는 압축 성 형-구조 연계 해석을 진행하였다. 관련 수치 예제 검증을 통해 제시된 해석 방안은 압축 성형을 통해 제작된 단섬유 강화 복합소재 구 조물 설계 과정에서 효과적인 솔루션을 제공함을 확인하였다.

본 논문에서는 3D 프린팅 공정을 통해 제작된 단섬유 강화 복합소재 구조물의 기계적 거동을 효과적으로 예측하기 위한 AM 공정 연계 구조 해석 기법을 제안하였다. 복합소재 3D 프린터(Mark Two, Markforged)를 활용하여 다양한 노즐 경로를 갖는 인장 시편을 출력하였으며, 출력물에 대한 인장 시험을 진행하였다. 또한, 노즐 경로에 따른 부위별 이방 물성을 도출하기 위해 실험적 데이터를 기반으로 역공학 기법을 적용하였다. 제안된 AM 공정 연계 구조 해석 방안의 타당성을 검증하기 위해 실험 결과와의 비교/분석을 병 행하였으며, 부위별 이방 물성이 반영된 FE 모델을 바탕으로 AM 공정 연계 구조 해석을 수행함으로써 복합소재 3D 프린팅 출력물의 거동 양상을 정확하게 예측할 수 있음을 확인하였다.

수소는 연소 과정에서 산소와 반응하여 물과 열만을 생성하며 공해 물질이 배출하지 않아 깨끗한 에너지원으로 간주된다. 이러한 특징으로 산업 활동으로 비롯된 대기 오염, 이상 기후 문제 등을 해결 하기 위한 대책안으로써 수소를 활용한 신재생에너지가 세계적으로 주목받고 있다. 이에 따라 선행 연 구에서는 수직형 탱크 구조의 취약부로 평가되는 지지부 단면 변화에 따른 영향성을 평가하기 위해 수소 생산 인프라 현장 조사를 수행한 바 있으며, 현장 조사 중에 현장 설치된 수소 탱크 강재 지지부 의 부식 문제를 확인하였다. 지지부의 부식은 구조물의 전체 강성을 감소시키며, 재난(지진)에 취약해 져 수소 저장 용기가 손상으로 인한 2차 피해로 이어질 수 있다. 이에 따라 본 연구는 선행 연구의 후속 연구로써 강재 지지부의 부식 문제를 개선하고자 고강도-저중량 재료인 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)를 사용한 지지부를 개발하여 수치해석을 통해 CFRP 지지부의 내진 성능평가를 목적으로 한다. 해석에 사용된 수소 탱크는 크게 몸체, 지지부, 기초부, 앵커 볼트로 구성되어 있으며, 지지부는 높이 965mm, 75×75×9.5mm의 L형강 4개로 확인되었다. 지진 하중에 대한 동적 성능을 평가하기 위해 시간이력해석법이 사용되었으며, 적용 동적하중의 경우, ASCE의 ICC-ES에서 제시한 평가 기준에 따라 AC 156 Amplitude 100%의 인공 지진을 적용하였다. 해석 결과, CFRP 지지부와 강재 지지부 상단의 최대 변위가 각각 35.48, 32.54mm로 매우 유사한 것으로 나타났으며, Hashin Damage Criteria를 사용하여 CFRP 지지부의 최대 손상 지수를 측정한 결과 수지의 인장측에서 0.065로 확인되었다. 이는 기준 손상 지수 1 대비 매우 낮은 수준이며, 해석 결과를 종합했을 때 CFRP 지지부는 충분한 안전성을 보이는 것으로 판단된다.

The pursuit of sustainable and durable cementitious composites has led to a growing interest in alternative materials that can improve mechanical performance while reducing CO2 emissions. Nanomaterials, in particular, offer promising avenues due to their unique properties, including high surface area to volume ratio and increased reactivity. This study investigates the efficacy of Cellulose Nanofibers (CNF) in enhancing the durability of mortar exposed to sulfate attacks and alkali-silica reactions (ASR). Both MgSO4 and Na2SO4 solutions were employed to simulate sulfate attacks, while the role of CNF in mitigating ASR was also evaluated. Results indicate that CNF incorporation positively impacts the resistance of mortar against sulfate attacks and ASR, paving the way for eco-friendly and durable cement-based structures with extended service life.

The significance of this study lies in addressing critical issues prevalent in the worldwide construction sector, particularly concerning the durability and sustainability of cement-based materials. Plain cement composites commonly suffer from deficiencies in tensile strength and strain capacity, resulting in the formation of nano-cracks under relatively low tensile loads. These nano- cracks pose a significant challenge to the longevity and resilience of cement matrices, contributing to structural degradation and reduced service life of infrastructure. To mitigate these challenges, the integration of cellulose nanofibers (CNF) as reinforcements in cement composites presents a promising solution. CNF, renowned for their exceptional material properties including high stiffness, tensile strength, and corrosion resistance, offer the potential to significantly enhance the mechanical performance and durability of cement-based materials. Through systematic experimentation, this study investigates the effects of CNF reinforcement on the mechanical properties of cement composites. By leveraging ultrasonically dispersion techniques, CNF extracted from bamboo, broad leaf, and kenaf are uniformly dispersed within the cement matrix at varying concentrations. Compressive and flexural tests are subsequently conducted to evaluate the impact of CNF on the strength characteristics of the cement composites. By elucidating the efficacy of CNF reinforcement through rigorous experimentation, this study aims to provide valuable insights into the development of construction materials with improved durability and sustainability. Ultimately, this research contributes to addressing critical challenges in the construction industry, offering potential solutions to enhance the performance and longevity of cement-based infrastructure.

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.

Geopolymer, also known as alkali aluminum silicate, is used as a substitute for Portland cement, and it is also used as a binder because of its good adhesive properties and heat resistance. Since Davidovits developed Geopolymer matrix composites (GMCs) based on the binder properties of geopolymer, they have been utilized as flame exhaust ducts and aircraft fire protection materials. Geopolymer structures are formed through hydrolysis and dehydration reactions, and their physical properties can be influenced by reaction conditions such as concentration, reaction time, and temperature. The aim of this study is to examine the effects of silica size and aging time on the mechanical properties of composites. Commercial water glass and kaolin were used to synthesize geopolymers, and two types of silica powder were added to increase the silicon content. Using carbon fiber mats, a fiber-reinforced composite material was fabricated using the hand lay-up method. Spectroscopy was used to confirm polymerization, aging effects, and heat treatment, and composite materials were used to measure flexural strength. As a result, it was confirmed that the longer time aging and use of nano-sized silica particles were helpful in improving the mechanical properties of the geopolymer matrix composite.

PVA 섬유 보강 시멘트 복합체는 매우 복잡한 미세구조를 가지고 있으며, 재료의 거동을 정확히 평가하기 위해서는 미세구조 특성 을 반영하여 실제 실험과 시너지효과를 내며 효율적인 재료 설계를 가능하게 하는 해석 모델의 개발이 중요하다. PVA 섬유 보강 시멘 트 복합체의 역학적 성능은 PVA 섬유의 방향성에 큰 영향을 받는다. 그러나 마이크로-CT 이미지로부터 얻은 PVA 섬유의 회색조 값 을 인접한 상과 구분하기 어려워, 섬유 분리 과정에 많은 시간이 소요된다. 본 연구에서는 섬유의 3차원 분포를 얻기 위하여 0.65μm3 의 복셀 크기를 가지는 마이크로-CT 이미지 촬영을 수행하였다. 학습에 사용될 학습 데이터를 생성하기 위해 히스토그램, 형상, 그리 고 구배 기반 상 분리 방법을 적용하였다. 본 연구에서 제안된 U-net 모델을 활용하여 PVA 섬유 보강 시멘트 복합체의 마이크로- CT 이미지로부터 섬유를 분리하는 학습을 수행하였다. 훈련의 정확도를 높이기 위해 데이터 증강을 적용하였으며, 총 1024개의 이미지 를 훈련 데이터로 사용하였다. 모델의 성능은 정확도, 정밀도, 재현율, F1 스코어를 평가하였으며, 학습된 모델의 섬유 분리 성능이 매 우 높고 효율적이며, 다른 시편에도 적용될 수 있음을 확인하였다.

이 연구는 코르크보드를 보강하여 건축부재 및 놀이기구의 안전부재 등으로 폭넓게 활용할 것을 목적으로 코르크보드의 중층에 금속, 유리섬유, 탄소섬유를 삽입하여 보강한 3종의 코르크복합보드를 제조하였고, 코르크복합보드의 수분흡수에 따른 치수안정성 및 접착층 박리성능을 조사하였다. 코르크복합보드의 흡수율은 0.37% - 0.45%의 범위에 있었고, 코르크보드에 비해 0.61배 - 0.74배의 낮은 값을 나타내었다. 코르크복합보드의 두께팽창률은 0.92% - 1.58%의 범위에 있었고, 코르크보드 보다 1.4 - 2.4배의 높은 값을 나타내었다. 그러나 이 값들은 일반 목질보드보다 현저히 낮았고, KS규격의 12%이하를 하회하는 것이 확인되었다. 코르크복합보드의 준내수 및 내수침지박리시험후의 접착층박리율은 0%로 전혀 접착층의 박리가 일어나지 않아 우수한 내수성을 나타내었고, 흡수율과 흡수두께팽창률은 상온침지에 비해 다소 증가하였으나, 목질보드에 관한 KS규격을 하회하는 우수한 치수안정성을 나타내는 것이 확인되었다.

Recently, carbon composites have been applied to various fields. However, carbon composites have not been applied to the fishing vessel field due to its structure standards centered on glass composites. In this study, a structural strength evaluation study was conducted for the application of carbon composites in the fishing vessel field. Hull minimum thickness verification test and hull joint verification test were conducted. Compared to glass composites, the verification was based on equivalent or better performance. The results show that carbon composites can reduce the weight by 20% compared to glass composites. For hull joints, it was necessary to increase the thickness of the joint seam by the thickness of the hull to apply carbon composite. Through this study, a standard for the application of carbon composites to fishing vessel can be established.

본 연구에서는 PVA(Poly Vinyl Alcohol)섬유와 GO(Graphene Oxide)를 혼입한 섬유보강 콘크리트(FRC)의 역학적 특성 을 평가하고자 하였다. GO와 PVA 섬유를 동시에 혼입한 FRC 각각의 재료를 단일로 사용하였을 때보다 기대효과가 다소 미흡 하였지만, 각 재료의 하이브리드화로 인장강도가 개선되면서 PVA 섬유 혼입률 0.1∼0.3%과 GO 혼입률 0.025%에서 우수한 효 과를 얻을 수 있었다. 특히 PVA 섬유는 0.3%로 혼합하였을 때 부작용을 최소화하면서 최대의 효과를 보였지만, 적절한 GO 배 합비를 조절할 필요가 있으며 FRC내 GO와 PVA 섬유의 최적배합을 구하기 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

현장에 적용하는 콘크리트 강도가 증가함에 따라 초고성능 콘크리트의 적용 분야가 넓어지고 있다. 초고성능 콘크리 트에는 강섬유를 일반적으로 사용하고 있지만, 이를 대체하기 위해 다양한 섬유를 연구에 적용하고 있다. 대표적으로 슈퍼섬유 라고 알려진 아라미드 섬유가 있다. 본 연구에서는 초고성능 콘크리트의 특성이 구조물 보수보강 및 내진보강에 적용하기에 적 합하다고 판단하여, 슈퍼섬유 중 하나인 파라아리미드 섬유와 조합한 복합섬유를 혼입한 초고성능 콘크리트를 보-기둥 접합부에 내진보강재로 활용하여 특성을 분석하였다. 초고성능 콘크리트의 내진보강 효과를 확인하였으며 내진상세를 적용한 실험체와 유사한 거동을 확인하였다. 초고성능 콘크리트의 높은 강도로 인해 기존 콘크리트가 파괴되는 양상이 나타나 초고성능 콘크리 트의 보수보강 효과를 모두 발휘하지 못하고 있어 추가 연구를 통해 최적의 보강단면을 설정한다면 내진보강재료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

PURPOSES : The purpose of this study is to experimentally analyze the flexural strength characteristics of cement mortar mixtures simultaneously incorporated with graphene oxide (GO) and polyvinyl alcohol (PVA) fibers, and to understand the composite effect of those on enhancing resistance against the initiation and progression of micro-cracks, as well as the control of macro-cracks in flexural behavior. METHODS : Cement mortar(w/c=0.5) specimens for flexural strength test, mixing 6 mm and 12 mm PVA fibers at 1% and 2% volume ratios, were fabricated. Additionally, specimens incorporating GO at a cement weight ratio of 0.05% were prepared for each mixture to analyze the effect of GO. Therefore total eight types of mixture were prepared. The fabricated specimens were subjected to flexural strength tests after curing in waterbath for 7 and 28 days. Concurrently, digital images for analyzing deformation in accordance with loading history were obtained at a rate of 20 Hz using the DIC technique. Through displacement and strain calculation via DIC, the flexural behavior characteristics of the mixtures combined with GO and PVA fibers were precisely analyzed. Furthermore, the composite effect on flexural behavior characteristics when GO and PVA fibers are incorporated was discussed. RESULTS : For the PVA fiber-reinforced cement mortar mixture, the incorporation of 0.05% GO increased the crack initiation load by up to 23%, and the maximum resistive load after cracking by up to 24%. Moreover, introducing GO into the PVA fiber-reinforced mixture increased the flexural strain just before cracking by approximately 30 to 50%, while the maximum resistive load after cracking exhibited similar strain levels with or without GO incorporation. Therefore, under flexural behavior, the integration of GO might delay crack initiation by increasing the strain concurrent with the rise in flexural stress before crack occurrence. It also seems to contribute to reducing crack expansion by synergistically interacting with PVA fibers after crack occurrence. CONCLUSIONS : It was experimentally examined that the flexural strength of PVA fiber reinforced cement mortar is improved by incorporating GO. Moreover, GO enhances resistance of crack occurrance and reduces crack propagation in combination with PVA fibers. This study suggests that simultaneous incorporation of GO and PVA fibers can synergistically improve the performance of cement composites.