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.

유리강회플라스틱(GRP)은 재료의 자중에 비해 아주 높은 강도를 가지고 있다. 또한 부재의 두께에 따라서 투명 혹은 반투명의 효과를 거둘 수 있다. 하지만 Hand laminating의 특성상 일률적인 재료의 강도를 선뢰하기 어렵기 때문에 구조 계산 혹은 설계 시 반드시 재료 실험을 수행하여야한다. 본 논문은 두께 4mm, 높이 30m의 의장적 기둥을 구조적으로 설계하기 위한 재료 실험을 수행하였다. 또한 실험 결과에 대한 평가를 통해 DIN에서 규정하는 재료적인 강도와 비교 분석하였다. 이를 통해 규준에서 제시하는 값과의 차이를 확인했으며 실제 설계에 반영하기 위해 반드시 재료실험이 수행되어야함을 알 수 있다.