The lightweight and high strength characteristics of aluminum alloy materials make them have promising prospects in the field of construction engineering. This paper primarily focuses on aluminum alloy materials. Aluminum alloy was combined with concrete, wood and carbon fiber reinforced plastic (CFRP) cloth to create a composite column. The axial compression test was then conducted to understand the mechanical properties of different composite structures. It was found that the pure aluminum tube exhibited poor performance in the axial compression test, with an ultimate load of only 302.56 kN. However, the performance of the various composite columns showed varying degrees of improvement. With the increase of the load, the displacement and strain of each specimen rapidly increased, and after reaching the ultimate load, both load and strain gradually decreased. In comparison, the aluminum alloy-concrete composite column performed better than the aluminum alloy-wood composite column, while the aluminum alloy-wood-CFRP cloth composite column demonstrated superior performance. These results highlight excellent performance potential for aluminum alloy-wood-CFRP composite columns in practical applications.

본 연구에서는 분리막 생물반응기(membrane bioreactor, MBR)에서 발생되는 생물막오염 완화에 탁월한 효과를 가진 분리막을 개발할 목적으로, 친수성 산소 기능기가 많은 탄소나노구체(carbon nanosphere, CNS)를 합성한 뒤, 이를 첨가 제로 활용하여 친수성과 다공성 기공 구조를 갖는 고성능 한외여과막을 제조하였다. CNS는 막 표면에 초승달 모양의 기공을 형성하였고, CNS 함량을 4.6 wt%까지 증가시킴에 따라 최대기공 크기보다 큰 결함을 야기하지 않으면서 평균 표면 기공 크 기를 약 40% 증가시키는 것으로 나타났다. 또한, CNS 복합막의 다공성 기공 구조는 CNS의 등방성 형태와 상대적으로 낮은 입자 수밀도 덕분에 CNS 첨가에 따른 고분자 용액의 점도 급등이 방지됐기 때문이라고 판단된다. 그러나 너무 다공성이 커 지게 되면 기계적 물성이 저하되므로, 기공구조와 기계적 성질을 포함한 종합적인 고려를 했을 때 CNS2.3이 가장 우수하다 고 관측되었다. CNS2.3은 CNS0에 비해 수투과도가 2배 이상 높을 뿐만 아니라, MBR 공정에서 분리막 세정이 요구될 때까 지의 운전 시간도 5배 이상 연장시킨 것으로 확인되었다.

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.

본 연구는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)로 보강된 복합재 구조의 동적 해석을 다루었다. Mori-Tanaka 모델을 기반으 로 MWCNT 중량 비율, 패널의 곡률, 그리고 CNT의 임의 배열이 복합재의 동적거동에 미치는 상호작용을 연구하였다. 본 연구 결과는 CNT의 부피함유비율의 변화에 따른 복합재의 유효탄성계수를 예측하는 기존 문헌결과와 비교하여 검증하였다. 수치해 석 예제는 복합재의 동적 특성을 평가함에 있어서 MWCNT 보강의 불규칙한 배열 또는 기울어진 방향으로 배치된 효과에 대한 중요성을 제시하였다.

The XYZ 3-dimensional thermal conductivities of the C/C up to 2000 °C were measured by a laser flash method. Carbon fiberreinforced carbon composites (C/C) were generally developed for aerospace missions due to their excellent thermal resistivity at ultrahigh temperature. C/C must endure harsh environments such as thousands of degrees Celsius without degradation of its mechanical properties. To solve this problem, among the passive thermal protection system, we suggest a method of conducting more heat through the mono-axial direction, which resulted in ease of the thermal rise in the heat receiving part. For example, the X-43A flight applied unbalanced C/C (UCC) with different carbon fiber orientation ratios according to the XY direction in the leading edge part. To investigate the difference in thermal conductivity between unbalanced C/C (UCC) and balanced C/C (BCC), unbalanced and balanced preforms were prepared by a needle punching process, and then they were densified by pitch infiltration and a carbonization process. We compared and analyzed the effects of unbalanced C/C(UCC) and balanced C/C (BCC) structures on the thermal conductivity. We also designed the “rule of mixtures” equation for calculating thermal conductivities of each C/C using reported data of carbon fiber and graphite matrix. Our calculations of thermal conductivity ratio match the ratio of real data.

본 연구에서는 적층된 중앙개구부를 갖는 CNTFPC 복합재 판에 대하여 기하학적 비선형 동적 해석을 수행하였다. Hewitt and Malherbe 멀티스케일 모델을 기반으로 MWCNT의 함유 비율과 중앙개구부의 크기 변화에 따른 영향을 분석하였다. 1차전단변형 판이론에 근거하여, Newmark 방법과 Newton-Raphson 반복기법이 비선형 동적해석을 위하여 적용되었다. 본 연구에서 제안한 방법은 기존 문헌으로부터 도출 결과와 비교 검증하였다. 수치해석 예제는 MWCNT의 적절한 함유량 및 적층된 CNTFPC 구조의 구조성능의 향상시킬 수 있는 상호 관계를 상세 규명하였다.

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.

Laminated composite structures have started to play a very significant role in primary and secondary structural weight savings in high performance automobile industries. However, one of the main challenges in implementing these composites is the lack of understanding of the progress of the damage under various loading conditions. In order to understand the influence of design parameters related to the use of composite materials, a proper study of the laminated composite structures requires a complete failure analysis, which includes both initiation and propagation of damage. In this study, a new damage model was developed to predict the progressive damage of the composite, and the progress of damage was investigated by making center-notch and open-hole tensile test specimens for various lay-ups. The simulations, in agreement with experimental tests, indicate that the model is capable of predicting the failure load in open hole composite structures.

We carried out a dynamic instability assessment of carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) and carbon nanotubes/fiber/polymer composite (CNTFPC) skew plates based on the high-order shear deformation plate theory (HSDT). The multiscale interactions between carbon nanotube (CNT) ratios and skew angles on the dynamic instability for various length-thickness ratios are studied using a two-dimensional finite element model developed for this study. The results were verified by those reported in the literature show the interactions between the CNT reinforcement and skew angles in the skew laminate. Numerical examples show the importance of CNT reinforcement when assessing the dynamic instability of CNTRC and CNTFPC skew plates.