Rapid industrial development in recent times has increased the demand for light-weight materials with high strength and structural integrity. In this context, carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) composite materials are being extensively used. However, laminated CFRPs develop faults during impact because CFRPs are composed of mixed carbon fiber and epoxy. Moreover, their fracturing behavior is very complicated and difficult to interpret. In this paper, the effect of the direction of lamination in CFRP on the absorbed impact energy and impact strength were evaluated, including symmetric ply (0°/0°, –15°/+15°, –30°/+30°, –45°/+45°, and –90°/+90°) and asymmetric ply (0°/15°, 0°/30°, 0°/45°, and 0°/90°), through drop-weight impact tests. Further, the thermal properties of the specimens were measured using an infrared camera. Correlations between the absorbed impact energy, impact strength, and thermal properties as determined by the drop-weight impact tests were analyzed. These analyses revealed that the absorbed impact energy of the specimens with asymmetric laminated angles was greater than that of the specimens with symmetric laminated angles. In addition, the asymmetry ply absorbed more impact energy than the symmetric ply. Finally, the absorbed impact energy was inversely proportional to the thermal characteristics of the specimens.

본 논문에서는 탄소 섬유 강화 플라스틱 샌드위치 복합재료의 시뮬레이션 해석을 통해 기계적 충격특 성에 대해 연구를 하였다. 스트라이커에 30 J, 60 J, 100 J의 충격에너지를 부여하여 고정 된 시험편에 충격을 가했다. 시뮬레이션 해석 방법은 ANSYS를 이용하여 실제와 같은 경계조건을 주며 유한요소해 석을 진행하였다. 그 결과는 100J의 충격에 에너지를 가해졌을 때 스트라이커가 시험편을 완전히 관통하는 모습이 보이고 충격에너지 30J과 60J일 때는 스트라이커가 시험편을 관통하지 않았다. 본 연구의 결과로 탄소 섬유 강화 플라스틱과 알루미늄 폼으로 조립한 복합재료의 구조적 안전성을 예측과 구조적 안전성이 높이는 사료가 된다.

장섬유 CF/에폭시 복합재료를 사용하여-50℃에서 60℃ 사이의 범위에서 스팬길이를 변화시켜 충격시험으로 얻어진 임계파괴에너지의 거동을 고찰한 결과는 다음과 같다. 1. CF/에폭시 복합재료의 온도 변화에 따른 임계파괴에너지 GIC는 동일한 스팬길에서는 실온의 경우가 가장 높고, 60℃, -15℃ 그리고 -50℃의 순으로 낮게 나타났다. 2. CF/에폭시 복합재료의 스팬길이의 변화에 대한 임계 파괴에너지 GIC는 동일한 온도조건하에서는 스팬길이가 20mm인 경우가 가장 높게 나타났으나 불안정하며, 스팬길이는 40mm인 경우 임계파괴에너지 GIC는 가장 낮게 나타났으나 실험치의 흩어짐을 고려할 때 40mm인 경우의 시험편이 더 적절한 조건이라 생각된다. 3. 본 실험에 사용한 재료의 파괴기구는 섬유의 풀아웃, 섬유와 매트릭스 사이의 디본딩 그리고 매트릭스의 변형을 관찰할 수 있었으며, 이와 같은 파괴기가구 종합적으로 상호작용한다고 생각된다.

강도가 각각 다른 세 종류의 프리프레그를 사용하여 일방향 CFRP를 적층하였으며, 모드 I과 모드 II 실험을 통하여 층간 파괴인성치를 고찰하였고, 또한 적층 섬유방향을 변화시킨 사교적층판의 그것도 함께 고찰하였으며, 이를 요약하면 다음과 같다. 1) 임계에너지 방출률 G 하(IC)의 값을 컴플라이언스 법, 수정 컴플라이언스 법, 그리고 보이론에 의해 계산하여 비교 검토한 결과 본 연구에서 사용한 수정식에 의한 값들이 거의 일치하였다. 2) G 하(IC) 값은 대체로 프리프레그의 C, B, A재의 순으로 높게 나타났으며, G 하(II C)의 값을 세가지 식에 의해 계산하여 비교 검토한 결과 거의 일치하였다. 3) 사교적층판의 경우 G 하(IC) 값은 [0/90] 하(6s), [0/45] 하(6s), [0/45/90] 하(6s)의 순으로 높게 나타났으며, G 하(II C)는 [0/90] 하(6s), [0/45/90] 하(6s), [0/45] 하(6s)의 순으로 높게 나타났다. 4) 사교적층판과 일방향의 임계에너지 방출률을 비교하였을 때, 모드 I의 경우 일방향의 결과가 다소 높았으며, 모드 II의 경우는 [0/45] 하(6s)의 결과는 거의 일치함을 알 수 있었다.

CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) has high tensile strength, light weight, and excellent corrosion resistance, so it is used for construction such as seismic reinforcement and explosion proof in construction area. Dynamic loads, such as earthquakes and explosions, cause rapid deformation of the material and the material behaves differently from its static condition. Therefore, in this study, tensile tests of CFRP were conducted under static and dynamic loads, and the tensile performance of was evaluated according to the strain rate.