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표제지 2

목차 5

Nomenclature 10

국문요약 11

Ⅰ. 서론 13

1-1. 연구 배경 및 필요성 13

1-2. 문헌 조사 15

1-3. 연구 목적 및 범위 16

Ⅱ. 복합재/고무 이종재료 접착강도 평가 17

2-1. 접착강도 평가 시험 방법 17

2-2. QLS 정적 시험 결과 20

2-3. QLS 고속시험 결과 27

Ⅲ. 초탄성 기계적 물성시험 31

3-1. 이론적 배경 31

3-1-1. 변형률 에너지밀도함수 31

3-1-2. 고무의 압축변형 33

3-1-3. 고무의 전단변형 35

3-2. 초탄성 물성시험 방법 36

3-2-1. 단축인장시험 38

3-2-2. 등 이축인장시험 39

3-2-3. 평면인장시험 40

3-2-4. 체적압축시험 41

3-3. 초탄성 물성시험 결과 42

Ⅳ. 복합재/고무 접착 체결부 거동 예측 44

4-1. 초탄성 물성도출 44

4-1-1. 모델별 재료상수 44

4-1-2. 재료상수 검증 45

4-2. 복합재/고무 접착시편 유한요소모델 49

4-2-1. 복합재 적층구조 및 물성 49

4-2-2. 유한요소모델 50

4-3. 복합재/고무 접착 체결부 유한요소해석 51

Ⅴ. 결론 및 고찰 54

Ⅵ. 참고문헌 56

ABSTRACT 58

표목차 7

Table 1. Types of specimens for QLS test 18

Table 2. Test results of QLS EPDM (Type A) 21

Table 3. Test results of QLS NR-SBR (Type B) 23

Table 4. Test results of QLS NBR(Type C) 25

Table 5. Test results of QLS static test 26

Table 6. Comparison test results of QLS for each speed 30

Table 7. Coefficients of Mooney-Rivlin model 44

Table 8. Coefficients of Yeoh model 44

Table 9. Coefficients of Ogden 3ʳᵈ model 45

Table 10. Comparison stress for specimen test and FEA 46

Table 11. Mechanical properties of CFRP composite 49

Table 12. Stacking sequences of composite specimens 50

그림목차 8

Fig. 1. Test equipment for QLS test 17

Fig. 2. Figure of single lap shear specimens 18

Fig. 3. Testing machine for evaluate adhesive strength 19

Fig. 4. Load-displacement curves for QLS EPDM(Type A) 20

Fig. 5. Failure shape of QLS specimen EPDM(Type A) 21

Fig. 6. Load-displacement curves for QLS NR-SBR(Type B) 22

Fig. 7. Failure shape of QLS specimen NR-SBR(Type B) 23

Fig. 8. Load-displacement curves for QLS NBR(Type C) 24

Fig. 9. Failure shape of QLS specimen NBR(Type C) 25

Fig. 10. Test results of QLS static test 26

Fig. 11. Load-displacement curves for QLS EPDM(Type D) 27

Fig. 12. Failure shape of QLS specimen EPDM(Type D) 27

Fig. 13. Load-displacement curves for QLS NR-SBR(Type E) 28

Fig. 14. Failure shape of QLS specimen NR-SBR(Type E) 28

Fig. 15. Load-displacement curves for QLS NBR(Type F) 29

Fig. 16. Failure shape of QLS specimen NBR(Type F) 29

Fig. 17. Test results of QLS test for each speed 30

Fig. 18. Strain energy density function 31

Fig. 19. Schema of uniaxial compression and equi-biaxial tension 34

Fig. 20. Schema of shear deformation and pure shear test 35

Fig. 21. Test equipment for NBR 36

Fig. 22. Hysteresis of NBR mechanical tests 37

Fig. 23. Dimensions of uniaxial tension specimen 38

Fig. 24. Dimensions of equi-biaxial tension specimen 39

Fig. 25. Dimensions of planar tension specimen 40

Fig. 26. Dimensions of volumetric compression specimen 41

Fig. 27. Stress-strain curves of uniaxial tension test 42

Fig. 28. Stress-strain curves of equi-biaxial tension test 42

Fig. 29. Stress-strain curves of planar tension test 43

Fig. 30. Stress-strain curves of volumetric compression test 43

Fig. 31. Boundary conditions for FEA of specimen tests 46

Fig. 32. Comparison of test and FEA for uniaxial tension 47

Fig. 33. Comparison of test and FEA for planar tension 48

Fig. 34. Boundary conditions for FEA of QLS 50

Fig. 35. Stress-strain curves of QLS test and FEA 51

Fig. 36. Failure behavior of QLS test and FEA 51

Fig. 37. Specimen shape of QLS test for each displacement 52

초록보기

 본 연구의 목적은 복합재 연소관의 고무 접착층 설계를 위해 복합재/고무 이종재료의 접착강도 평가를 통한 접착 특성이 우수한 고무 선정과 접착 체결부의 파손거동을 유한요소해석으로 예측하는 것에 있다. 복합재 연소관은 내부 추진제의 연소를 통해 우주 발사체의 비행을 가능케 하는 구조물로써, 경량 소재인 탄소섬유 복합재 적용을 통해 높은 내압 조건을 견디면서도 중량 절감이 가능한 장점으로 우주항공 및 국방 분야에서 주로 사용되고 있다. 최근에는 탄소섬유 복합재를 사용해 스커트- 연소관 체결부에 고무 접착층을 적용하고 동시에 성형하는 일체형 복합재 연소관의 개발이 수행되고 있다. 이에, 일체형 연소관의 고무 접착층 설계를 위해 시험을 통한 복합재/고무의 접착강도 평가 및 우수한 접착특성을 지닌 고무 선정이 필요하다. 또한, 고무 접착층이 적용된 복합재 연소관 개발 시 실제 구조물 제작을 통한 시험에 소요되는 시간적 및 금전적 비용 절감을 위해 유한요소해석을 통한 고무 접착층의 파손거동 예측이 요구된다. 본 연구에서는 복합재 연소관 고무 접착층에 적용될 고무 선정을 위해 QLS(Quadruple lap shear)시편을 제작하고 시험으로 복합재/고무 이종재료의 접착체결 강도를 평가하여 FM300 접착제에 대해 설계에 적용할 소재로 NBR(Nitrile butadiene rubber)을 선정하였다. 이후, 유한요소해석을 위한 초탄성 물성 도출을 위해 고무의 물성 시험을 수행하여 응력- 변형률 선도를 도출하였다. 시험결과를 사용해 NBR의 거동을 가장 잘 예측하는 Yeoh 모델의 재료상수를 계산하였으며, 유한요소 해석 소프트웨어 Abaqus 를 사용하여 복합재/고무 이종재료 접착 시험인 QLS시험을 해석적으로 수행하였다. 유한요소해석 결과, 시험과 해석의 파단 연신은 약 5.8%, 파손 하중의 경우, 약 11.8%의 오차가 나타났으며, 시험과 해석의 전체적인 파손거동이 비교적 잘 일치한 것을 확인하였다.

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