본 연구에서는 연안이나 항만에 방치돼 해양환경과 선박운항 안전에 위협이되는 폐 FRP 선박의 처리 법률과 정책에 관한 개선방안을 제시하고자 한다. FRP 선박의 방치가 늘고 있는 것은 처리에 비용이 많이 들고, 적절한 수거처리 시스템이 갖추어지지 않았기 때문이다. 해양수산부 등록어선통계에 따르면 2020년 기준 우리나라 등록어선 척수는 65,774척이고, 이중 FRP 재질의 어선은 63,314척으로 전체의 95%를 차지한다. 그중에서 폐선 선령으로 분류되는 26년 이상의 선박이 6,411척이다. 그 뿐만 아니라 2020년 말 기준으로 해양경찰청에 등록된 동력수상레저기구 중 FRP 선박은 21,903척인데, 대부분 일본 등지에서 수입한 중고선이어서 현재 폐선 연령에 도달한 선박도 상당수로 추정된다. 우 리보다 먼저 방치 FRP 선박 처리문제를 겪은 일본은 2005년부터 레저보트와 어선 등 FRP 선박 처리를 위해 FRP 선박 리사이클링 시스템을 운영하고 있다. 미국 주정부는 방치선박 제거를 위해 방치선박법 제정, 방치선박 제거프로그램 운영과 기금을 설치하고 있고, 선박반납프로그램도 운영하고 있다. 또한 2020년 부터 미국 연방정부는 2016년 로드아일랜드 주정부에서 시작한 FRP 보트 리사 이클링 시스템을 다른 주정부로 확산하고 있다. 우리나라도 선령 26년 이상의 FRP 어선이 연간 800척씩 증가하고, 폐선 선령에 도달한 레저선박도 적지 않아 일본과 미국과 같은 방치 FRP 선박의 재활용을 위한 시스템 구축이 시급하다. 방치되는 FRP 선박 문제를 해결하기 위해서는 선박 광역수거처리 시스템 구 축, 폐 FRP 선박 재활용 활성화, 선박 반납제도 도입, 레저선박 등록시스템 구 축이나 레저선박 소유자의 책임보험가입 의무화 등 법률과 정책 개선이 필요하다

유리섬유강화 모르타르 관을 구성하는 보강섬유는 직교이방성 부재로 간주되며 재료의 성질은 서로 직각을 이루는 두 개의 축을 기준으로 정의된다. 유리섬유 모르타르 관의 구조적 거동 해석을 수행하기 위해서 길이방향과 원주방향의 재료의 역학적 성질, 즉 탄성계수, 전단탄성계수, 포아송비 등이 필요하며 각각의 성질들은 실험을 통해 결정하였다. 이 실험으로부터 구한 각각의 역학적 성질을 적용하여 간소화된 유한요소해석방법을 제안하기 위해 적층판 이론으로부터 유리섬유강화 모르타르 관의 탄성계수를 계산하고, 계산된 탄성계수를 적용하여 유한요소 해석을 수행하였다. 또한, 유한요소해석과 편평시험을 통해 구한 하중-변위 관계를 비교하였으며 ASTM D2412에서 제시하고 하고 있는 관의 강성 값을 유한요소해석과 실험을 통해 예측하여 비교하였다.

The fatigue characteristics of glass fiber reinforced plastic (GFRP) composites were studied under repeated loads using the finite element method (FEM). To realize the material characteristics of GFRP composites, Digimat, a mean-field homogenization tool, was employed. Additionally, the micro-structures and material models of GFRP composites were defined with it to predict the fatigue behavior of composites more realistically. Specifically, the fatigue characteristics of polybutylene terephthalate with short fiber fractions of 30wt% were investigated with respect to fiber orientation, stress ratio, and thickness. The injection analysis was conducted using Moldflow software to obtain the information on fiber orientations. It was mapped over FEM concerned with fatigue specimens. LS-DYNA, a typical finite element commercial software, was used in the coupled analysis of Digimat to calculate the stress amplitude of composites. FEMFAT software consisting of various numerical material models was used to predict the fatigue life. The results of coupled analysis of linear and nonlinear material models of Digimat were analyzed to identify the fatigue characteristics of GFRP composites using FEMFAT. Neuber’s rule was applied to the linear material model to analyze the fatigue behavior in LCF regimen. Additionally, to evaluate the morphological and mechanical structure of GFRP composites, the coupled and fatigue analysis were conducted in terms of thickness.

유한요소법(finite element method)은 다양한 분야에서 재료의 역학적 거동을 더욱더 현실적으로 해석하고 예측하는 방법으로 다양한 분야의 제품 개발에 적용되고 있다. 하지만 섬유배향과 변형률 속도가 역학적 특성에 영향을 미치는 유리섬유 강화 플라스틱 복합재료에 관한 수치해석을 이용한 접근 방법은 현재까지 다소 어려움이 있다. 본 연구의 목적은 고분자, 고무, 금속 등과 같은 다양한 복합재료를 위한 선형, 비선형 다중스케일 재료 모델링 프로그램인 Digimat의 수치해석 재료 모델을 활용하여 유리섬유 강화 플라스틱 복합재료의 역학적 특성을 정의하고 검증하는 것에 있다. 또한 이를 통해 좀더 현실 적으로 고분자 복합재료의 거동을 예측하고자 한다. 이를 위해 다양한 고분자 중 30wt%의 단섬유 질량 비율을 갖는 폴리부 틸렌 텔레프탈레이트(polybutylene terephthalate, PBT)의 섬유배향과 변형률 속도에 따른 인장 특성을 참고문헌을 통해 조사하였다. 또한 Moldflow 프로그램을 사용한 사출해석을 통해 유리섬유 배향 정보를 계산하였으며 이를 매핑(mapping) 과 정을 통해 유한요소 인장 시편 모델에 전달하였다. 대표적인 유한요소 상용 프로그램 중 하나인 LS-DYNA는 유리섬유 배향과 변형률 속도에 따른 복합재료의 인장 특성을 연구하기 위해 Digimat과의 연성해석(coupled analysis)에 활용되었다. 그리고 유리섬유 강화 플라스틱 복합재료를 해석하기 위한 LS-DYNA의 다양한 비등방성(anisotropic) 재료 모델들의 장단점을 서로 비교하고 평가하였다.

For the artistic column used by Glass Fiber Reinforced Plastic(GFRP), the connection of steel with GFRP were needed. Due to the fabricating characteristics of hand laminating, GFRP surfaces had to be connected. Because there were no existed data of these connection, experimental study has to be followed so that the structural strength and buckling mode could be investigated. In this paper, therefore, the axial tests of steel with GFRP were performed. The connection of GFRP's surfaces could be also tested as well. As a result, it could be figured out that the strength of these connections were determined by the adhesive strength.

The characteristics of abrasive wear on sliding speed of glass fiber reinforcement (GF/PUR) composites were investigated at ambient temperature by pin-on-disc friction test. The cumulative wear volume, friction coefficient and surface roughness of these materials on sliding speed were determined experimentally. The major failure mechanisms were lapping layers, deformation of resin, ploughing, delamination, and cracking by scanning electric microscopy (SEM) photograph of the tested surface. As increasing the sliding speed the GF/PUR composites indicated higher friction coefficient. The surface roughness of the GF/PUR composites was increased as the sliding speed was higher in wear test.

S-2유리섬유직물과 폴리에스터 수지로 구성된 적충복합재료를 케블라 49 Thread로 1/2인치, 1인치 2인치 간격으로 스티칭하여 스티칭 간격에 따른 물성과 충격 강도의 변화로부터 최적스티칭 조건을 구하였으며 또한 스티칭하지 않은 적층복합재료와의 물성차를 비교연구하였다. 인장실험과 3점굽힘실험을 통해 시편의 종류별 기본 물성을 알아보았고, 234.7J의 충격에너지를 가해 시편의 파단 현상과 에너지 흡수 능력을 조사하였다. 파단에너지의 약 50% 정도인 110.2J의 충격에너지로 3회 반복실험하여 시편의 손상정도와 충격강도를 비교 검토하였다. 인장실험과 굽힘 실험의 결과 1인치 간격으로 스티칭한 시편이 가장 높은 강도를 보였으며, 충격실험에서도 가장 뛰어난 에너지 흡수능력 및 손상에 대한 저항을 보였다. 반복충격 실험의 결과 스티칭하지 않은 시편은 현저한 충격강도의 감소를 보인 반면 스티칭한 시편은 반복충격에도 에너지 흡수능력이 우수하게 유지되었다. C-scanning으로 손상부위를 관찰한 결과 스티칭으로 인해 손상영역의 확산이 억제되어 현저히 감소함을 보여주었다. 스티칭 간격이 너무 조밀한 경우 강도의 향상보다는 스티칭으로 인한 손상이 더 커져서 1/2인치 간격으로 스티팅한 시편의 경우는 인장강력이나 충격에너지 흡수가 스티칭하지 않은 시편에 비해 오히려 감소하는 결과를 나타내었다. 그러나 이러한 감소에도 불구하고 외부충격에 의한 손상영역의 확산은 효과적으로 억제되어 국부적인 손상만이 발생함을 알 수 있었다.