Composites Research

The Korean Society for Composite Materials (한국복합재료학회)
권호 표지

Damage Assessment of Curved Composite Laminate Structures Subjected to Low-Velocity Impact

곡률을 가진 적층복합재 구조에서의 저속충격손상 평가

  • 전정규 (인하대학교 대학원 기계공학과) ;
  • 권오양 (인하대학교 기계공학부) ;
  • 이우식 (인하대학교 기계공학부)
  • Published : 2001.04.01
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Abstract

Damage induced by low-velocity impact on the curved composite laminates was experimentally evaluated for CFRP cylindrical shells with the radius of curvatures of 50, 150, 300, and 500 mm. The result was then compared with that of flat laminates and with the results by nonlinear finite-element analysis. The radius of curvatures and the effective shell stiffness appeared to considerably affect the dynamic impact response of curved shells. Under the same impact energy level, the maximum contact force increased with the decreasing radius of curvatures, with reaching 1.5 times that for plates at the radius of curvature of 50 mm. Since the maximum contact farce is directly related to the impact damage, curved laminates can be more susceptible to delamination and less resistant to the low-velocity impact damage. Delamination was distributed rather evenly at each interface along the thickness direction of curved laminates on the contrary to the case of flat laminates, where delamination is typically concentrated at the interfaces away from the impact point. This implies that the effect of curvatures has to be considered for the design of a curved composite laminate.

유한한 곡률을 가진 적층복합재 구조의 저속충격손상을 평가하기 위하여 곡률반경이 각각 50, 150, 300, 500 mm인 쉘 형태의 시편을 CFRP로 제작하여 충격실험을 행하고, 충격거동과 충격손상을 평판의 경우와 비교하여 고찰하였다. 실험결과는 비선형 유한요소해석의 결과와 비교하였다. 충격손상의 평가를 위해 충격거동을 측정한 결과 강성과 곡률반경이 쉘의 동적 충격거동에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 충격거동과 충격손상은 밀접한 상호관계가 있으므로 구조의 곡률반경을 독립변수로 선정하여 충격손상을 평가하였다. 곡률반경이 감소하면서 복합재 쉘에는 동일한 충격조건에서 더 큰 최대 접촉력이 발생하였고, 가장 곡률이 심한 곡률반경 50 mm의 쉘에서는 평판의 약 1.5배에 이르는 최대 접촉력을 나타내었다. 따라서 동일한 충격조건 하에서 곡률반경 50 mm의 쉘에서는 평판의 경우보다 약 2.7때정도 더 큰 층간분리가 내부에 발생하였으며, 층간분리의 분포 또한 평판의 경우와는 달리 충격면에 가까운 계면에도 광범위하게 발생하는 경향이 곡륜반경이 감소할수록 더욱 현저하였다. 이는 곡률을 가진 구조가 평판 구조보다 손상저항성이 더 작은 것을 의미하므로 복합재료 설계 시 구조의 기하학적 형상을 반드시 고려하여야 한다.

Keywords

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