굴곡진 보강섬유를 가진 복합재료의 인장/압축 비선형 거동을 예측하기 위한 새로운 해석모델의 개발에 관한 연구

The effects of fiber waviness on tensile/compressive nonlinear elastic behaviors of graphite/epoxy unidirectional composite materials are studied theoretically and experimentally. New constitutive models are proposed to predict elastic properties and tensile/compressive nonlinear behaviors of composite materials. Three types of wavy pattern are considered: uniform, graded and localized fiber waviness. Complementary energy density and incremental method are used to incorporate the material and geometrical nonlinearities due to fiber waviness. Tensile/compressive tests are conducted on the specimens with fiber waviness. It is found that the predictions are in good agreement with the experimental results. 보강섬유의 굴곡을 가지는 일방향성 graphite/epoxy 복합재료의 비선형거동에 대하여 이론 및 실험을 통하여 고찰하였다. 해석모델에서 공액에너지밀도와 순차적 해석방법을 이용하여 보강섬유의 굴곡에 의한 재료적 비선형 특성 및 기하학적 비선형 특성을 모두 고려하였으며, 이를 이용하여 보강섬유의 굴곡정도에 따른 복합재료의 기계적 특성값의 변화 및 인장/압축 거동을 일정한 보강섬유의 굴곡을 가지는 모델, 재료의 중심에서 바깥쪽으로 갈수록 보강섬유의 굴곡이 점차 줄어드는 모델 그리고 재료의 일부분에만 보강섬유의 굴곡이 존재하는 모델에 대하여 예측하였다. 그리고 여러 굴곡 정도에 대한 일정한 보강섬유의 굴곡을 가지는 두꺼운 복합재료를 제작하고 인장/압축 실험을 수행하여 그 결과와 예측 결과를 비교하였다. 실험 결과는 예측 결과와 잘 일치하였으며, 보강섬유의 굴곡이 복합재료의 기계적 특성에 큰 영향을 미침을 알 수 있었다.