joint design and strength evaluation of composite air
TRANSCRIPT
Vol. 28, No. 4, 219-225 (2015)DOI: http://dx.doi.org/10.7234/composres.2015.28.4.219ISSN 2288-2103(Print), ISSN 2288-2111(Online)
Paper
์ ๋ฐ์ฉ ๋ณตํฉ์ฌ ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ์ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ ์ค๊ณ ๋ฐ ๊ฐ๋ ํ๊ฐ
ํผ์ค์ฐ* ยท ์ ์๋ฐฐ** ยท ์ด๊ทผํธ*** ยท ์กฐ์๋*** ยท ์ต์งํธ**** ยท ๊ถ์งํ****โ
Joint Design and Strength Evaluation of Composite Air Spoiler for Ship
June-Woo Pi*, Sang-Bae Jeon**, Guen-Ho Lee***, Young-Dae Jo***, Jin-Ho Choi****, Jin-Hwe Kweon****โ
ABSTRACT: Air spoiler, which can reduce the drag during operation, can be considered as a possible means to reducecarbon dioxide emission and to increase fuel efficiency. In this study, a composite air spoiler was designed and testedby static and repeated loads. The Green Water Pressure of 0.1 MPa a ship experiences during operation wasperpendicularly applied to the air spoiler. Air spoiler was manufactured with sandwich panel which has glass fabricface and balsa core. Multiple sandwich panels were assembled to steel frame by bolt joint. The joint was designed tohave bearing failure and examined by static and fatigue tests. Tests showed that the designed joint has enough marginof safety to endure joint failure. The developed sandwich panel to air spoiler is planned to be applied to a large scalecommercial ship.
์ด ๋ก: ์ ๋ฐ ๋ถ์ผ์์ ์ด์ฐํํ์(CO2) ๋ฐฐ์ถ์ ์ค์ด๊ณ ์ฐ๋ฃ ํจ์จ์ ๋์ด๊ธฐ ์ํ ๋ฐฉ๋ฒ์ ํ๋๋ก ํญํดํ๋ ์ ๋ฐ์๊ณต๊ธฐ ์ ํญ์ ์ค์ด๊ธฐ ์ํ ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ๋ฅผ ์ฅ์ฐฉํ๋ ๋ฐฉ์์ด ๊ฒํ ๋ ์ ์๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๋ํ ์ ๋ฐ์ ์ ์ฉ๋ ์ ์๋ ๋ณตํฉ์ฌ ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ์ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ๋ฅผ ์ค๊ณํ๊ณ , ์ด์ ๋ํ ์ ์ , ํผ๋ก๊ฐ๋๋ฅผ ํ๊ฐํ์๋ค. ํ์ค์ ์ ๋ฐ์ ์ดํญ ์ค ๋ฐ์ํ๋ ์ฒญํ(Green Water Pressure) 0.1 MPa์ด ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ์ ์์งํ๊ฒ ๊ฐํด์ง๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ฐ์ ํ์๋ค. ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ๋ ์ ๋ฆฌ์ฌ์ ๋ฉด์ฌ์ ๋ฐ์ฌ ์ฝ์ด๋ฅผ ๊ฐ๋ ์๋์์น ํํ๋ก ์ ์ํ์๊ณ , ์ฌ๋ฌ ๊ฐ์ ์๋์์น ํจ๋์ด ์ (Cell)ํํ๋ก ๊ฐ(Steel) ํ๋ ์์ ๋ณผํธ๋ก ์ฒด๊ฒฐ๋๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ฐ์ ํ์๋ค. ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ์ ํ๋ ์์ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ๋ ๋ฒ ์ด๋ง ํ์์ ๊ฐ์ง๋๋ก ์ค๊ณํ๊ณ , ์ ์ (๋ฒ ์ด๋ง) ์ํ๊ณผ ํผ๋ก(4์ ๊ตฝํ) ์ํ์ ์ํํ์๋ค. ์ํ ๊ฒฐ๊ณผ ๊ฐ๋ฐ๋ ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ๋ ์ ํด์ง ์ธ๋ถํ์ค์ ๊ฒฌ๋ ์ ์๋ ์ถฉ๋ถํ ์์ ์ฌ์ ๋ฅผ ๊ฐ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค. ๊ฐ๋ฐ๋ ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ๋ ์กฐ๋ง๊ฐ ๋ํ ์์ ์ฉ ์ ๋ฐ์ ์ ์ฉ๋ ์์ ์ด๋ค.
Key Words: ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ(Composite Material), ์๋์์น ํจ๋(Sandwich Panel), ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ(Air Spoiler), ์ฒด๊ฒฐ๋ถ(Joint)
1. ์ ๋ก
์ ์ฐ์ ๋ถ์ผ์ ๊ฑธ์ณ ํ๊ฒฝ๋ฌธ์ ๊ฐ ์ค์ํ ์์๋ก ๋ ์ค๋ฅด๊ณ ์๋ ๊ฐ์ด๋ฐ ์กฐ์ ๋ถ์ผ์์๋ IMO(International MaritimeOrganization: ๊ตญ์ ํด์ฌ๊ธฐ๊ตฌ)๊ฐ ์ ๋ฐ ์จ์ค๊ฐ์ค ๋ฐฐ์ถ์ ์ค์ด
๊ธฐ ์ํ EEDI(Energy Efficiency Design Index: ์ ๋ฐ์ ์กฐ์ฐ๋น์ง์) ๊ท์ ๋ฅผ 2013๋ ๋ถํฐ ๊ฑด์กฐ, ์ดํญ๋ ๋ชจ๋ ์ ๋ฐ์ ์ ์ฉํ๊ณ ์๋ค. ์จ์ค๊ฐ์ค ๋ฐฐ์ถ์ ์ค์ด๊ธฐ ์ํด์๋ ์ ๋ฐ์ ๊ฒฝ๋ํ๋ฐ ์ฐ๋ฃ ํจ์จ์ ๊ฐ์ ์ด ํ์์ ์ด๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์ต๊ทผ ๋ค์ด ์ ๋ฐ์ ์ ํญ์ ์ค์ผ ์ ์๋ ๋ฐฉ๋ฒ ์ค ํ๋๋ก Fig. 1์ ๋ณด์ธ ๋ฐ์
Received 20 August 2015, received in revised form 27 August 2015, accepted 27 August 2015
*
**
***
****โ
School of Mechanical and Aerospace Engineering, Gyeongsang National University Senior Engineer, Offshore Service Research Part, Samsung Heavy Industries Co., LTD.Composites R&D, SK Chemicals Co., LTD.School of Mechanical and Aerospace Engineering, Research Center for Aircraft Parts Technology, Gyeongsang National University Corresponding author (E-mail: [email protected])
220 June-Woo Pi, Sang-Bae Jeon, Guen-Ho Lee, Young-Dae Jo, Jin-Ho Choi, Jin-Hwe Kweon
๊ฐ์ด ์ ์์ ๋ํ ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ(Air Spoiler)๋ฅผ ์ค์นํ๋ ์์ด๋์ด๊ฐ ์ ์๋์๋ค. ํนํ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ๋ก ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ๋ฅผ์ ์ํ๋ฉด ๋ฌด๊ฒ ์ฆ๊ฐ๊ฐ ํฌ์ง ์๊ณ , ํด์์ ์ํ ๋ถ์์ ๊ฐํ์ฌ ๊ธด ์๋ช ์ ๊ฐ๋ ์ฅ์ ์ด ์๋ค. ๋ํ ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ๋ ๋ฐ๋๊ณผ ํ๋ ๋ฑ์ ์ํ ์๋ ฅ์ ๋ฐ๊ฒ ๋๋๋ฐ ์ด๊ฒ์ ์ฃผ๋ก ๊ตฝํํ์ค์ ํํ๋ก ์์ฉํ๊ฒ ๋๋ค.์ด๋ฌํ ๊ตฝํํ์ค์ ์ง์ง์ ๊ฐ์ฅ ํจ๊ณผ์ ์ธ ๊ตฌ์กฐ ํํ๋ ์๋์์น์ด๋ค. ์๋์์น ๊ตฌ์กฐ๋ ๊ณ ๊ฐ์ฑ, ๊ณ ๊ฐ๋๋ฅผ ๊ฐ๋ ๋ฉด์ฌ(Face) ์์ ๋ฌด๊ฒ๊ฐ ๊ฐ๋ฒผ์ด ์ฝ์ด(Core)๋ฅผ ๋ฃ์ด, ๊ตฝํํ์ค๊ณผ,๊ตฝํํ์ค์ผ๋ก ์ธํ ๋ฉด๋ดํ์ค์ ๋ฉด์ฌ๊ฐ ์ง์งํ๊ฒ ํ๊ณ , ํก์ ๋จํ์ค์ ์ฝ์ด๊ฐ ์ง์งํ๊ฒ ํ๋ ๊ตฌ์กฐ์ด๋ค[1]. ์๋์์น ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ๊ดํ ์ฐ๊ตฌ์ฌ๋ก๋ฅผ ๋ณด๋ฉด ๋ค์ํ ํ๊ฒฝ์กฐ๊ฑด์ ๊ดํ ์๋์์น ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์ ํ์ํน์ฑ ์ฐ๊ตฌ[2], ์ธ์ํธ(Insert)๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ์๋์์น ๋ณผํธ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์ ๊ฐ๋์ ๊ดํ ์ฐ๊ตฌ[3], ๋ณตํฉ์ฌ ์๋์์น ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ์ํ ๋ค์ํ ์ด๋ก ์ ๋ํ ๊ฒํ ์ฐ๊ตฌ[4], ์๋ก์ด ๊ฐ๋ ์ ์ธ์ํธ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ์๋์์น ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์ ๊ฐ๋ ๊ฐ์ ์ฐ๊ตฌ[5], ๋ณตํฉ์ฌ ์๋์์น ๋ณด์ ์ ์์ถฉ๊ฒฉ์์ ์ฐ๊ตฌ[6] ๋ฑ์ ๋น๋กฏํ์ฌ ์ฃผ๋ก ํญ๊ณต์ฐ์ฃผ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ ์ ์ฉ์ ์ํ ๊ธฐ์ด ์ฐ๊ตฌ๋ค์ด ์ด๋ฃจ์ด์ ธ ์๋ค.์กฐ์ ํด์ ๋ถ์ผ์์๋ ๊ธ์-ํด๋ฆฌ์ฐ๋ ํ ์๋์์น ํํ(SPS๊ณต๋ฒ) ๊ฐ๋ฐ ์ฐ๊ตฌ[7], ์ ํจ ์ค๋ ์ ๊ฐ์ ์ํ ์๋์์น ๊ตฌ์กฐ์ ์ฉ ์ฐ๊ตฌ[8] ๋ฑ์ด ์ ํ์ ์ผ๋ก ์ด๋ฃจ์ด์ ธ ์์ผ๋ ์ ๋ฐ์ฉ ๋ํ ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ์ ๋ณตํฉ์ฌ ์๋์์น ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ์ ์ฉํ ์ฐ๊ตฌ
์ฌ๋ก๋ ๋ณด๊ณ ๋์ง ์๊ณ ์๋ค. ์ด์ ๋ฐ๋ผ ์ผ์ฑ์ค๊ณต์ ๊ณผ SK ์ผ๋ฏธ์ปฌ, ๊ฒฝ์๋ํ๊ต๋ ๋ณตํฉ์ฌ ์๋์์น๋ก ์ ์๋ ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ๋ฅผ ๋ํ ์ ๋ฐ์ ์ ์์ ์ค์นํ๊ธฐ ์ํ ํต์ฌ๊ธฐ์ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ๊ณต๋์ผ๋ก ์ํํ์๋ค.์๋์์น ๊ตฌ์กฐ๋ ๋จํ(Ramp) ์์ญ์ ์ง๋ ์ ์ธตํ ํํ๋ก๊ธ์ ํ๋ ์์ ์ฅ์ฐฉ๋๋๋ฐ, ๋ณธ ๋ ผ๋ฌธ์์๋ ์๋์์น ํจ๋์ ๊ธ์ ํ๋ ์์ ์ฅ์ฐฉํ๊ธฐ ์ํ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ๋ฅผ ์ค๊ณํ๊ณ , ์ฅ์ฐฉ๋ถ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ์ํ์ผ๋ก ๊ฒ์ฆํ๋ ์ ์ฒด ๊ณผ์ ์ ๊ฐ๋จํ ์์ฝ์ ๋ฆฌํ์๋ค.
2. ์ค ๊ณ
2.1 ์๋์์น ํจ๋ ์ค๊ณ
๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ์ค๋์ ์ ๊ฐํ๋ฉด์ ๊ตฝํ๊ฐ์ฑ์ ๋์ผ ์ ์๋ํจ์จ์ ์ธ ํํ์ธ ์๋์์น ๊ตฌ์กฐ๋ ์ง์คํ์ค์ด ๊ฐํด์ง๋ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ ์์ญ์์ ์ทจ์ฝํ๋ค๋ ๋ฌธ์ ์ ์ ๊ฐ์ง๊ณ ์๋ค. ์ด๋ฌํ๋จ์ ์ ํด๊ฒฐํ๊ธฐ ์ํ ๋ํ์ ์ธ ๋ฐฉ๋ฒ์ด Fig. 2์ ๊ฐ์ด ๋จํ(Ramp) ๊ตฌ๊ฐ์ ํตํด ์๋์์น๋ฅผ ์ฝ์ด๊ฐ ์๋ ๋จ์ ์ ์ธตํ์ผ๋ก ๋ณํํ๋ ๊ฒ์ด๋ค[9]. ๊ทธ๋ฌ๋ ๋จํ ๊ตฌ๊ฐ์ ๋ฐ๋ผ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ํ์์ด ๊ธ๊ฒฉํ ๋ณํ๊ฒ ๋์ด ์๋ ฅ์ ์ง์ค์ด ๋ฐ์ํ ์๋ฐ์ ์๋ค, ๋ฐ๋ผ์ Fig. 3๊ณผ ๊ฐ์ด ๋จํ ๊ตฌ๊ฐ์ ๋๋ธ๋ฌ(Doubler)๋ก ๋ณด๊ฐํ๋ ๊ฒ์ด ์ผ๋ฐ์ ์ด๋ค[10]. ๋จํ ๊ตฌ๊ฐ์ ๋๋ธ๋ฌ๊ฐ๋ณด๊ฐํ๋ ๊ฒ์ ํญ๊ณต๋ถ์ผ์์๋ ์ด๋ฏธ ๋ณดํธ์ ์ผ๋ก ์ ์ฉ๋๊ณ ์์ผ๋ฉฐ, ์ฝ์ด๊ฐ ์๋ ์์ง๋ฐด๋(Edge Band) ๋ถ์์ ์ ์ธตํ๋ณด๊ฐ์ ์ํด ํ์์ ์ธ ๊ธฐ์ ์ด๋ค. Fig. 3(a)์ ๊ฒฝ์ฐ์ฒ๋ผ ๋๋ธ๋ฌ๊ฐ ์ธ๋ถ๋ก ๋ ธ์ถ๋๋ ๊ฒฝ์ฐ ์ฝ๊ฒ ํ์์ด ๋ฐ์ํ ์ ์๋ ๋จ์ ์ด ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ Fig. 3(b)์์์ ๊ฐ์ด ๋๋ธ๋ฌ๋ฅผ ๋ฉด์ฌ์ ๋ฉด
Fig. 1. Air spoiler conceptual design
Fig. 2. Concept of ramped area in sandwich structure
Fig. 3. Doubler reinforcement types for sandwich structure
Joint Design and Strength Evaluation of Composite Air Spoiler for Ship 221
์ฌ ์ฌ์ด, ๋ด๋ถ์ ์ถ๊ฐํ๋ ๊ฒ์ด ์ผ๋ฐ์ ์ด๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ Fig. 3(b)์ ๊ฐ๋ ์ ์ ์ฉํ์๋ค.์๋์์น ํจ๋์ ๋จํ ๊ตฌ๊ฐ์ด ์ ํด์ง ํ ์์ง ๋ฐด๋ ์ค๊ณ๋ฅผ ์์ํ์๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์์ ์ ํด์ง ๋๋ก ์ํ ๋ฉด์ฌ์ฌ์ด์ ๋๋ธ๋ฌ๋ฅผ ์ฝ์ ํ์ฌ ๋จํ ๊ตฌ๊ฐ์ ๋ณด๊ฐํ์๋ค. ๋ฉด์ฌ์ ๋ณด๊ฐ๋ ๋๋ธ๋ฌ๋ ์ ๋ฆฌ์ฌ์ ์ง์กฐ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ ์ฝ์ด๋ ๋ฐ์ฌ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ์๋์์น ๋ถ์๋ ์ฃผ๋ก ๊ตฝํํ์ค๋ง์ ๋ฐ๊ฒ ๋๋ฏ๋ก 0/90 ์์ฃผ๋ก ์ค๊ณํ๊ณ , ์์ง๋ฐด๋๋๋ณผํธ๋ก ์ธํ ์ ๋จํ์(Shear Out)์ด ๋ฐ์ํ์ง ์๋๋ก 45/-45 ์ธต์ด ๋ณด๊ฐ๋ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๊ฐ์ง๋๋ก ์ ์ธตํจํด์ ์ค๊ณํ์๋ค.๊ธฐ์ ์ ๊ธฐ๋ฐ๋ณดํธ๋ฅผ ์ํด ์์ธํ ์ ์ธต์์์ ์ฌ๋ฃ์ ์ข ๋ฅ๋ ์ ์ํ์ง ์์๋ค.
2.2 ์ฒด๊ฒฐ๋ถ ์ค๊ณ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ ๋ฐ์ 30๋ ๊ฐ ์ดํํ ๊ฒฝ์ฐ ํ๋ฒ ๋ํ๋ ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ด ์๋ ์ฒญํ(์ ์ฒํ์์ ๊ฐํ ์๋ฅผ ์ธ๊ณ ์ง๋๊ฐ๋ํ๋)๋ฅผ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก ์ ์ฉํ์ค 0.1 MPa์ ์ค์ ํ์๋ค. ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ๋ ์ฌ๋ฌ ๊ฐ์ ์๋์์น ํจ๋๋ก ๊ตฌ์ฑ๋๋๋ฐ, ์๋์์น ํจ๋์ด ๊ธ์ ํ๋ ์์ ์ฅ์ฐฉ๋๋ ๊ฐ๋ ์ Fig. 4์ 5์ ๋ณด์ธ ๋ฐ์ ๊ฐ๋ค. ํจ๋์ ์์ง๋ฐด๋๋ ๋ณผํธ๋ก ๊ธ์ ํ๋ ์์ ์ฒด๊ฒฐ๋๋๋ฐ, ์์ง๋ฐด๋ ์์ ๊ธ์ ๋ณด๊ฐ์ฌ๋ฅผ ์ถ๊ฐํ์ฌ ์๋์์น๊ฐ ๋ณผํธ์ ์ํด ๊ตญ๋ถ์ ์์์ ์ ๋ ๊ฒ์ ๋ฐฉ์งํ์๋ค. ๋ณผํธ๋ ๋ ์ค๋ก ์ค์นํ๊ณ ๊ธ์ ํ๋ ์์ ์ถฉ๋ถํ ๊ฐํ๊ฒ ์ค๊ณํ์์ผ๋ฏ๋ก ์๋์์น ํจ๋์ ์ฅ์ฐฉ๋ถ์์ ๊ณ ์ ์ง์ง(Clamped)๋์ด ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ฐ์ ํ๋ค.๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๋ณตํฉ์ฌ ๊ตฌ์กฐ ์ค๊ณ์ ๋๋ฆฌ ์ฌ์ฉ๋๊ณ ์๋
EUROCOMP[11]์์ ์ ์ํ ๊ณ์ฐ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๋ฐ๋ผ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ ์ด๊ธฐ์ค๊ณ๋ฅผ ์ํํ์๋ค. ์ผ๋จ ๊ฐ๋ต์ ์ธ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์
์ด๊ธฐ์ค๊ณ๋ฅผ ์งํํ๊ณ , ์ด ์ค๊ณ์ ํ๋น์ฑ์ ์ ํ์์ํด์๊ณผ์ํ์ ํตํด ๊ฒ์ฆํ๋ ๋ฐฉ์์ผ๋ก ์ ์ฒด ์ค๊ณ๋ฅผ ์งํํ์๋ค.์ฒด๊ฒฐ๋ถ ์ด๊ธฐ์ค๊ณ๋ฅผ ์ํด Fig. 6์ ๋ณด์ธ ๋ค ๊ฐ์ง ํ์๋ชจ๋,์ฆ ๋ชจ์ฌ ์ธ์ฅํ์(Net-tension Failure), ๋ฒ ์ด๋งํ์(BearingFailure), ์ ๋จํ์(Shear-out Failure)๊ณผ ๋ณผํธ์ ์ ๋จํ์์๊ณ ๋ คํ์๋ค. ๋ณตํฉ์ฌ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ํ์์ ๊ตฌ๋ฉ ์ฃผ์์์ ์ด๋ก ์ ์ผ๋ก ์ถ์ ๋ ์๋ ฅ๊ณผ ๊ตฌ๋ฉ์ด ์๋ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ ์ ์ธตํ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๋น๊ตํ์ฌ ํ์ ํ๋๋ฐ, ์ด ๋ฐฉ๋ฒ์, ๊ตฌ๋ฉ์์ ์ผ์ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋จ์ด์ง ์์น์์์ ์๋ ฅ ์์ค์ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก ํ์์ ํ์ ํ๋ ํน์ฑ๊ธธ์ด(Characteristic Length) ๋ฐฉ๋ฒ[12]๊ณผ ํจ๊ป ๋ง์ด ๊ฐ๋จํ๋ฉด์๋ ๋ง์ด ์ฌ์ฉ๋๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ด๋ค. ๋ณผํธ์ ์ ๋จํ์์๋ณผํธ์ ๊ฐํด์ง๋ ํ์ค์ด ์ ํด์ง๋ฉด ํ์ฉํ์ค๊ณผ์ ๋น๊ต๋ฅผ ํตํด ์ฝ๊ฒ ํ๋จํ ์ ์๋ค.๋ํ ํด์์์ ๋ถํ์ค์ฑ, ์ฌ๋ฃ์์์ ๋ถํ์ค์ฑ, ์ ์์์ ๋ณ๋๊ฐ๋ฅ์ฑ, ํ๊ฒฝํจ๊ณผ ๋ฑ์ ๊ณ ๋ คํ ๋ค์ํ ์์ ๊ณ์๋ค์ด ๊ณ ๋ ค๋๋๋ฐ ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ฌ์ฉ๋ ๊ฐ๋ค์ Table 1์ ์ ์ํ์๋ค. ๊ตฌ๋ฉ์ ์ง๊ฒฝ์ ์ ํ๊ธฐ ์ํด ๊ตฌ๋ฉ์ ์ง๊ฒฝ์ ๋ํ ์ ์ธตํ๋๊ป ๋น์ ๋ํ ์๊ตฌ๋(Hole diameter-to-laminate thicknessratio requirement)[11]๋ Eq. (1)๊ณผ ๊ฐ๋ค.
(1)
๋ฐ๋ผ์ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ ๊ตฌ๋ฉ ์ง๊ฒฝ์ ๋ฒ์๋ 14.424-21.636 mm๊ฐ๋๋ค. ์ ์ธตํ์ 0ยฐ์ 45ยฐ, -45ยฐ, 90ยฐ ๋ฐฉํฅ์ผ๋ก ์ต์ 12.5% ์ด
1.0 dh/t 1.5โค โค
Fig. 4. Schematic diagram of sandwich panel assembly
Fig. 5. Schematic diagram of sandwich panel-to-steel frame joint
Fig. 6. Typical failure modes of bolted joint [4]
Table 1. Safety factors [11]
Designation Meaning ValueCm,1 Model uncertainty 2.0Cmat Material properties uncertainty 1.5Cfab Manufacturing process variability 1.2Cenv Environmental effects 2.5
222 June-Woo Pi, Sang-Bae Jeon, Guen-Ho Lee, Young-Dae Jo, Jin-Ho Choi, Jin-Hwe Kweon
์ ๊ฐ๊ฐ ๋ฐฐ์น๋์ด์ผ ํ๋ค๋ ์ ์ธต๊ฐ ๋น์จ ์๊ตฌ๋๋ ์์ง๋ฐด๋๋ฅผ ์ค๊ณํ๋ฉด์ ์ด๋ฏธ ๋ง์กฑํ์์ผ๋ฉฐ, ์ฒด๊ฒฐ๋ถ ๊ตฌ๋ฉ์ ์ค์๊ณผ ์ ์ธตํ ๋๋จ๊น์ง์ ๊ฑฐ๋ฆฌ์ธ ๋๋จ๊ฑฐ๋ฆฌ(Edge Distance(e))์ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ ๊ตฌ๋ฉ์ ์ค์๊ณผ ์ค์ ์ฌ์ด์ ๊ฑฐ๋ฆฌ์ธ ํผ์น๊ฑฐ๋ฆฌ(PitchDistance(p))๋ Eq. (2), (3)์์์ ๊ฐ์ด ์ฒด๊ฒฐ๋ถ ๊ตฌ๋ฉ ์ง๊ฒฝ์3๋ฐฐ ์ด์๋์ด์ผ ํ๋ค[11].
(2)
(3)
์ต๋ ํผ์น๊ฑฐ๋ฆฌ๋ ์ ์ธตํ ๋๊ป์ 14๋ฐฐ ๋๋ 175 mm ์ดํ์ฌ์ผ ํ๋ค[11]. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์ ๊ฒฝ์ฐ ๋ ์์ ๊ฐ์ธ 175 mm๋ฅผ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก ํ์ฌ ํผ์น๊ฑฐ๋ฆฌ์ ๋ฒ์๋ฅผ ์ (4)์ ๊ฐ์ด ์ค์ ํ์๋ค.
(4)
๋ํ ๋ณผํธ์ ์ค์๊ณผ Iํ ๊ธ์ ํ๋ ์์ ํ๋ ์ง ๋๋จ๊น์ง๊ฑฐ๋ฆฌ๋ ์ต์ํ ๋ณผํธ ์ง๊ฒฝ(db)์ 1.2๋ฐฐ๋ฅผ ๋ง์กฑํด์ผ ํ๋ค. ์ด์์ ๊ตฌ์กฐ๊ฐ๋ ์์ธก ๊ฒฐ๊ณผ์ ๊ท๊ฒฉ์ ์ํ ์๊ตฌ์กฐ๊ฑด์ ๊ณ ๋ คํ์ฌ ์ค๊ณํ ๋ณตํฉ์ฌ ์๋์์น ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ ํจ๋์ ํ์์ Fig. 7๊ณผ ๊ฐ๋ค. ๋ณผํธ์ ์ง๊ฒฝ์ 18 mm์ด๋ค.
3. ์ ํ์์ํด์
์์์๋ ์ค๋ช ํ์๋ฏ์ด EUROCOMP[11]์ ๋ฐ๋ผ Fig. 7๊ณผ๊ฐ์ด ๋ณตํฉ์ฌ ์๋์์น ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ์๋ ์ฅ์ถ์ ๋ฐ๋ผ 14๊ฐ, ๋จ์ถ์ ๋ฐ๋ผ 10๊ฐ์ 18 mm ๋ณผํธ๋ฅผ ์ค์นํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์ค๊ณํ์๋ค. ์ด ์ด๊ธฐ์ค๊ณ์ ํ๋น์ฑ์ ๊ฒํ ํ๊ธฐ ์ํด ์ ํ์์๋ฒ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ค์ ๊ฐ ๋ณผํธ์ ๊ฑธ๋ฆฌ๋ ํ์ค์ ๊ณ์ฐํ์๋ค. ํด์์ ์์ ์ฉ ์ ํ์์ ํ๋ก๊ทธ๋จ ANSYS๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๊ณ , ์๋์์น ํจ๋์ ์ ์์๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ด์ํํ์๋ค. ๊ธ์ ํ๋ ์๊ณผ ๋ณด๊ฐ์ฌ ์ฌ์ด์ ์์นํ ์ ์ ๋ค์ ์์ง๋ฐฉํฅ ๋ณํ์ด ๋ถ๊ฐ๋ฅํ๋๋ก ๊ตฌ์ํ์๊ณ , ๋ณผํธ๋ก ๊ณ ์ ๋ ์ ์ ์์๋๋ฉด๋ด๋ณ์๋ ์ถ๊ฐ ๊ตฌ์ํ์๋ค. ํ์ค์ ์๋์์น ํจ๋ ์ ์ฒด
์์ญ์ 0.1 MPa์ ์๋ ฅ์ผ๋ก ๊ฐํ์๊ณ , ๋์นญ ๊ฒฝ๊ณ์กฐ๊ฑด์ ์ด์ฉํ์ฌ 1/4๋ง์ ํด์ํ์๋ค. Fig. 8์ ์ ํ์์ํด์ ๊ฒฐ๊ณผ ๋ณํ๋ ํจ๋์ ํ์์ ๋ณด์ธ ๊ฒ์ด๋ค. ํจ๋์ ์ค์์์ ์ต๋ 40.6mm์ ์ฒ์ง์ด ๋ฐ์ํ์๋ค. ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ณด์ด์ง๋ ์์์ง๋ง ๋ฉด์ฌ์์ ๊ฐ ์ธต๋ณ๋ก ์ต๋ Tsai-Wu ํ์์ง์[13]๋ ์ดํด๋ณด์๋๋ฐ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ๊ฐ ์๋ ์๋์์น ํจ๋์ ํ์์ ๋ฐ๊ฒฌ๋์ง ์์๋ค.
Fig. 9๋ ํจ๋์ ๊ธด ๋ณ์ ๋ฐ๋ผ ๊ฐ ๋ณผํธ์ ๊ฑธ๋ฆฌ๋ ํ์ค์ ๊ทธ๋ํ๋ก ๊ทธ๋ฆฐ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ค. ๊ธด ๋ณ์ ์ค์์ ์๋ ๋ณผํธ์ ์ต๋ 75.2 kN์ ์ ๋จ ํ์ค์ ์งํฑํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์์ธก๋์๋๋ฐ์ด๋ฅผ Eq. (5)์ ๊ฐ์ด ๋ณผํธ์ ์ ๋จ ํ์ค์ ๋จ๋ฉด์ (A)์ผ๋ก ๋๋์ด ์ ์ธตํ์ ๋ฒ ์ด๋ง ์๋ ฅ์ผ๋ก ํ์ฐํ๋ฉด 290 MPa์ด๋ค. ๋จ๋ฉด์ (A)์ ๋ณผํธ์ ์ง๊ฒฝ(db)๊ณผ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์ ๋๊ป(t)๋ฅผ ๊ณฑํ ๊ฐ์ด๋ค.
(5)
๋ํ ์ ๋จํ์ค์ ์ํ ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋น๊ตํ์ฌ ์ ์ธตํ์ ์์ ์ฌ๋ถ๋ฅผ ํ์ ํ๋ค. ์งง์ ๋ณ์ ๋ณผํธ์๋ ๊ธด ๋ณ์ ์ค์น๋ ๋ณผํธ์์๋ณด๋ค ์์ ๊ฐ์ด ์์ธก๋์๋ค.
e/dh 3.0โฅ
p/dh 3.0โฅ
3dh p 175 mmโค โค
ฯb P/A P/ db tร( )= =
Fig. 7. Configuration of sandwich panelFig. 8. Deformed shape
Fig. 9. Bolt reaction force
Joint Design and Strength Evaluation of Composite Air Spoiler for Ship 223
4. ์ ํ
4.1 ๋ฒ ์ด๋ง ์ํ
์ค๊ณ๋ ์๋์์น ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์ ์์ ์ฑ์ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํด SK์ผ๋ฏธ์นผ์์ ๋ฒ ์ด๋ง ์ํธ๊ณผ ์๋์์น ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ๋ถ๋ถํ ์ํธ์ ์ ์ํ์๋ค. ๋ฒ ์ด๋ง ์ํธ์ ์ค์ ์ฒด๊ฒฐ์ด ์ด๋ฃจ์ด์ง๋์๋์์น ํจ๋ ์์ง๋ฐด๋ ๋ถ๋ถ์ ์ ์ธต์์์ ๋์ผํ๊ฒ ์ ์ํ์๋ค. Fig. 10(a)๋ ์๊ณต๊ณต์ฐจ๊ฐ ์์ ๊ฒฝ์ฐ(Close Fit)์ ์ํธ์ผ๋ก, ๋ฒ ์ด๋ง ๊ฐ๋๋ฅผ ์์๋ณด๊ธฐ ์ํด ๊ตฌ๋ฉ์ ์ง๋ฆ์ 18 mm๋ก ์ ์ํ ๊ฒ์ด๋ค. Fig. 10(b)์ ๊ฒฝ์ฐ ์๊ณต๊ณต์ฐจ๊ฐ ์์ ๊ฒฝ์ฐ(Loose Fit)์ ๋ฒ ์ด๋ง ๊ฐ๋๋ฅผ ์์๋ณด๊ธฐ ์ํ ์ํธ์ด๊ณ , ๊ตฌ๋ฉ์ ์ง๋ฆ์ 30 mm๋ก ์ ์ํ์๋ค. ์ค์ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์ ๊ฐ ๋ณผํธ ์ค์ฌ๊ฐ ๊ฐ๊ฒฉ๊ณผ ๋์ผํ๊ฒ ์ํธ์ ํญ์ 180 mm๋ก ์ ์ํ์๊ณ , ๋๋จ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ ์ค์ ์ ๋์ผํ๊ฒ ํ์๋ค. ์ค๊ณ๋ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์์ ์ฃผ์ ํ์๋ชจ๋์ธ ๋ฒ ์ด๋ง ํ์ ํ์ค์ ๊ตฌํ๊ธฐ ์ํ ์ํ์ ์ํํ์๋ค. 18 mm ๋ณผํธ๋ฅผ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก, ์ํธ์ ๊ฐ๊ฐ 18 mm, 30 mm์ ๊ตฌ๋ฉ์ ๊ฐ๊ณตํ์ฌ, ์ ์ ๊ณต์ฐจ๊ฐ ๋ฒ ์ด๋ง ๊ฐ๋์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์ ํ์ธํ์๋ค. ๋ํ ๋์ฌ
์ฐ์ด ์์ด ๊ฐ๊ณต๋ ๋ณผํธ(Non-threaded)์ ๋์ฌ์ฐ์ด ์๋ ๋ณผํธ(Threaded)๋ก ์ํ์ ์ํํ์ฌ ๋ณผํธ์ ๋์ฌ์ฐ ์ ๋ฌด๊ฐ ๋ฒ ์ด๋ง ๊ฐ๋์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ๋ ๋น๊ตํ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์๊ณต๊ณต์ฐจ๊ฐ ์์ผ๋ฉฐ ๋์ฌ์ฐ์ด ์๋ ๊ฒฝ์ฐ(Close Fit Threaded), ์๊ณต๊ณต์ฐจ๊ฐ ์์ผ๋ฉฐ ๋์ฌ์ฐ์ด ์๋ ๊ฒฝ์ฐ(Close Fit Non-threaded),์๊ณต๊ณต์ฐจ๊ฐ ์์ผ๋ฉฐ ๋์ฌ์ฐ์ด ์๋ ๊ฒฝ์ฐ(Loose Fit Non-threaded) ์ด 3์ข ๋ฅ์ ์กฐ์ธํธ์ ๋ํด ๊ฐ๊ฐ 4๊ฐ์ฉ์ ๋ฒ ์ด๋ง์ํ์ ์ํํ์๋ค. ๋ณผํธ์ ๊ฐํด์ง๋ ํ ํฌ(Torque)์ ๊ฒฝ์ฐJIS ๊ท๊ฒฉ์ ๋ฐ๋ฅด๋ฉด ๊ท์ ํ ํฌ๋ 146 Nยทm์ด์ง๋ง ํ ํฌ๊ฐ ๋๋ฌด ๊ณผํ๊ฒ ์ ์ฉ๋ ๊ฒฝ์ฐ ๋ฐ์ํ ์ ์๋ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ์ ์์ง์ธตํ์๊ณผ ์ํํ๊ฒฝ์ ๊ณ ๋ คํ์ฌ 98 Nยทm์ ํ ํฌ๋ฅผ ์ ์ฉํ์๋ค.์ํ์ ์ฌ์ฉ๋ ์ฌ๋ฃ์ํ๊ธฐ๋ Instron 5985 ์ด๋ฉฐ ๋ถ๋น 2 mm์๋๋ก ํ์ค์ ๊ฐํ์๋ค. Fig. 11์ ๋ฒ ์ด๋ง ์ํ ์ฌ์ง์ ์ ์ํ์๋ค.
4.2 ๋ฒ ์ด๋ง ์ํ ๊ฒฐ๊ณผ
Fig. 12๋ ๋ฒ ์ด๋ง ์ํ์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ํ๋ธ ๊ทธ๋ํ์ด๋ค. ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ๊ฐ๋๋ ํ์ค-๋ณ์ ๊ณก์ ์์ ์ต๊ณ ํ์ค์ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก ๊ณ์ฐํ์๋ค. ์ํ ๊ฒฐ๊ณผ ์๊ณต๊ณต์ฐจ๊ฐ ์๊ณ ๋์ฌ์ฐ์ด ์์ ๋ ์ด4๊ฐ ์ํธ์ ํ๊ท ํ์๊ฐ๋๋ 859 MPa๋ก ํ์ธ๋์์ผ๋ฉฐ ๋ชจ๋ Fig. 13๊ณผ ๊ฐ์ ๋ฒ ์ด๋ง ํ์์ ๋ณด์๋ค. ๋์ผํ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก์๊ณต๊ณต์ฐจ๊ฐ ์๊ณ ๋์ฌ์ฐ์ด ์์ ๋ ์ด 4๊ฐ ์ํธ์ ํ๊ท ๊ฐ๋๋ 848 MPa๋ก ๋ํ๋ฌ๊ณ , ํ์๋ชจ๋๋ ์์์์ ๋์ผํ๊ฒ๋ฒ ์ด๋ง์ด์๋ค. ์๊ณต๊ณต์ฐจ๊ฐ ์๊ณ ๋์ฌ์ฐ์ด ์์ ๋์ ํ๊ท ๊ฐ๋๋ 836 MPa์ด๊ณ ์ญ์ ํ์๋ชจ๋๋ ๋ฒ ์ด๋ง์ด์๋ค. ์ธ ๊ฒฝ์ฐ์ ๋ํ ์ํ ๊ฒฐ๊ณผ ๊ฐ๋๊ฐ์ ์ฐจ์ด๋ ๋งค์ฐ ์์์ง๋ง, ๊ทธ ์ค๊ฐ์ฅ ๋ฎ์ ๋ฒ ์ด๋ง ๊ฐ๋๋ ์๊ณต๊ณต์ฐจ๊ฐ ์๊ณ ๋์ฌ์ฐ์ด ์์๋์ด๊ณ ๊ทธ ๊ฐ์ 836 MPa์์ ํ์ธํ์๋ค. ์ํ๊ฒฐ๊ณผ ๋์ฌ์ฐ์ด ์์ ๋์ ํ๊ท ํ์๊ฐ๋๊ฐ ์์ ๋ ๋ณด๋ค ๋์ง๋ง ๊ทธ ์ฐจ์ด๋ ๋ฐ์ดํฐ ๋ถ์ฐ ๋ฒ์ ๋ด์ ์์ด ํฐ ์ฐจ์ด๋ ๊ฑฐ์ ์์ผ๋ฉฐ ๋์ฌ์ฐ์ ์ ๋ฌด๋ ์ด๊ธฐ์ ๋ฒ ์ด๋ง ํ์์๋ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น์ง๋ง์ต์ข ์ ์ธ ๋ฒ ์ด๋ง ํ์์๋ ํฐ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น์ง ์๋ ๊ฒ์ผ๋กํ๋จ๋๋ค. ์์์ ์ ํ์์ํด์์ ํตํด ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ ๊ณ ์ ์ฉ ๋ณผํธ์ ์ํด ์ ์ธตํ์ ๊ฑธ๋ฆฌ๋ ๊ฐ์ฅ ํฐ ๋ฒ ์ด๋ง ์๋ ฅ์
Fig. 10. Bearing specimen
Fig. 11. Bearing test set-up Fig. 12. Bearing test results
224 June-Woo Pi, Sang-Bae Jeon, Guen-Ho Lee, Young-Dae Jo, Jin-Ho Choi, Jin-Hwe Kweon
290 MPa์์ ์ด๋ฏธ ํ์ธํ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์ค๊ณ๋ ์๋์์น ์กฐ์ธํธ๋ถ์ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ 1.88์ ์ถฉ๋ถํ ์์ ์ฌ์ ๊ฐ ์์์ ์ ์์๋ค. ๋ํ ์ฌ์ฉํ ๋ณผํธ์ ์ต๋ ํ์ฉ ์ ๋จํ์ค์ ์ฝ 150 kN์ด๋ฏ๋ก, ์ ํ์์ํด์ ๊ฒฐ๊ณผ ์ต๋ ์ ๋จ ํ์ค์ธ 75.2 kN ๋๋น์ถฉ๋ถํ ์์ ์ฌ์ ๋ฅผ ๊ฐ์ง์ ํ์ธํ์๋ค. ์ด๋ก์จ 30๋ ์ดํญ์ค ํ๋ฒ ๊ฒช๊ฒ ๋๋ค๋ ์ฒญํ ์กฐ๊ฑด์์๋ ๋ณตํฉ์ฌ ์๋์์น ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ๋ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ ์์ฒด์์ ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ์กฐ์ธํธ์์๋ ์ถฉ๋ถํ ์์ ์ฌ์ ๋ฅผ ๊ฐ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค.
4.3 ๋ถ๋ถํ ํผ๋ก์ํ
์ ์ ์ํ ํ์ ์๋์์น ํจ๋์ ์ ์ ๊ฐ๋ ๋๋น ํผ๋ก ๊ฐ๋๋ฅผ ํ์ ํ๊ธฐ ์ํ 4์ ๊ตฝํ์ํ์ Fig. 14์์์ ๊ฐ์ด ์ํํ์๋ค. ๋ถ๋ถํ ์ํ์ ์ํธ์ ๊ธธ์ด๊ฐ 2000 mm, ํญ180 mm, ๊ตฌ๋ฉ์ ์ง๋ฆ์ 18 mm์ด๊ณ , ๋จํ ๊ตฌ๊ฐ๊ณผ ์์ง๋ฐด๋์์ญ์ ๋ชจ๋ ํฌํจํ ์๋์์น ํจ๋์ด๋ค. ๋ฐ๋ณตํ์ค ์ฃผํ์๋ ์ ์ ๊ฐ๋ ๋๋น 70%์ ์ด์์ ํ์ค์์๋ 1 Hz, 70% ๋ฏธ๋ง์์๋ ์๊ฐ ์ ์ฝ์ ์ํด 1.3 Hz๋ก ์ค์ ํ์๋ค. ์๋ ฅ๋น๋ 0.5์ด๋ค. ํ์ค์ ์์ค์ ๋ณ๊ฒฝํ๋ฉด์ ์ด 5๊ฐ์ ์๋์์นํจ๋ ๋ถ๋ถํ์ ๋ํ ์ํ์ ์ํํ์๋ค.
4.4 ๋ถ๋ถํ ํผ๋ก์ํ ๊ฒฐ๊ณผ
ํผ๋ก์ํ์ ์ํํ๊ธฐ ์ ์ ๋จผ์ ์ ํ์ค ์ํ์ ์ํํ์๋ค. Fig. 15์ ๋ถ๋ถํ ์ ์ ๊ตฝํ์ํ์ ํ์ค-๋ณ์ ๊ทธ๋ํ๋ฅผ ๋ณด์๋ค. ์ํธ 3๊ฐ์ ๋ํ ํ๊ท ํ์ํ์ค์ ์ฝ 42.2 kN์ผ๋ก ๋ํ๋ฌ์ผ๋ฉฐ ์ต๋ ๋ณ์๋ ์ฝ 107.4 mm๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค. ํ์๋ชจ๋๋ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์ ํ์์ ๋ฐ์ํ์ง ์์์ผ๋ฉฐ ์ฝ์ด์ ๋ฉด์ฌ์ ์ ์ฐฉ๋ถ๋ฆฌ(Debonding)๊ฐ ๋ฐ์ํ์๋ค.
Fig. 16์๋ ์๋์์น ํจ๋ ๋ถ๋ถํ ํผ๋ก์ํ์ ํ์ค-์๋ช ์ ๋๋ฅผ ๋ํ๋ด์๋ค. ๋ฌดํ์๋ช (๋ฐฑ๋ง ์ฌ์ดํด)์ด ๋ณด์ฅ๋๋ ํ์ค์์ค์ ํ์ดํ๋ฅผ ํ์ํ์๋ค. ์ํ ๊ฒฐ๊ณผ ์ ์ ๊ฐ๋ ๋๋น80% ์ดํ์ ํ์ค์์ค์์๋ ๋ฌดํ ํผ๋ก์๋ช ์ด ํ์ธ๋์๋ค.ํ์๋ชจ๋๋ Fig. 17์ ๋ณด์ธ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ์ฝ์ด์ ๋ฉด์ฌ์ ๋ถ๋ฆฌ์ด๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ธ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ๋ฌดํ์๋ช ๊ฐ๋๊ฐ ์ ์ ๊ฐ๋์ 60~70%์ ๋์ธ ๋ฐ๋ฉด, ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ๊ฐ๋ฐํ ์๋์์น ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ๋ถ๋ถ
Fig. 13. Bearing failure of close fit non-threaded joint
Fig. 14. Fatigue test set-up
Fig. 15. Load-displacement curves
Fig. 16. Load and number of cycles curve
Fig. 17. Failure after fatigue test
Joint Design and Strength Evaluation of Composite Air Spoiler for Ship 225
ํ์ ์ ์ ๊ฐ๋์ 80% ์์ค์์ ๋ฌดํ์๋ช ์ ๋ณด์ด๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค.
5. ๊ฒฐ ๋ก
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๋ํ ๋ณตํฉ์ฌ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ธ ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ๋ฅผ์ค๊ณํ๊ณ ์ ํ์์ํด์ ๋ฐ ์ํ ํ๊ฐ๋ฅผ ์ํํ์ฌ ์ค๊ณ์ํ๋น์ฑ์ ๊ฒ์ฆํ์๋ค. ์๋์์น ํจ๋์ ๋จํ ๊ตฌ๊ฐ์ ํตํด์ฝ์ด๊ฐ ์ค์ด๋ค๋ฉด์, ๋ฉด์ฌ๋ง ๋จ๊ฒ ๋๋ ์์ง๋ฐด๋์์ ๊ธ์ํ๋ ์๊ณผ ์ฒด๊ฒฐ๋๋๋ก ์ค๊ณํ์๋ค. Eurocomp ์ค๊ณ๊ท๊ฒฉ์๋ฐ๋ผ ์ด๊ธฐ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ ์ค๊ณ๋ฅผ ์ํํ์ฌ ๊ณต์นญ๋๊ป๊ฐ 14.4 mm์ธ์์ง ๋ฐด๋์ 30 mm์ ๊ตฌ๋ฉ์ ๊ฐ๊ณตํ์ฌ 18 mm์ ๋ณผํธ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ๊ธฐ๋ก ๊ฒฐ์ ํ์๋ค. ์ ํ์์ํด์์ ํตํด ์ด๋ฌํ ์ค๊ณ์์ ๋ณผํธ ํ๋์ ๊ฑธ๋ฆฌ๋ ์ต๋ ์ ๋จ ํ์ค์ด 75.2 kN์์ ํ์ธํ๊ณ , ์ค์ ๋ฒ ์ด๋ง ์ํ์ ํตํด ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ด ๊ฒฌ๋ ์ ์๋ ํ์ค์ ํ๊ฐํ์ฌ, ์ค๊ณํ์ค ํ์์ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ด 1.88์ ์ถฉ๋ถํ์์ ์ฌ์ ๋ฅผ ๊ฐ์ง์ ํ์ธํ์๋ค. ์๋์์น ํจ๋์ ์ผ๋ถ๋ฅผ์๋ผ๋ด์ด ๋ถ๋ถํ์ ๋ํ 4์ ๊ตฝํ ํผ๋ก์ํ์ ์ํํ ๊ฒฐ๊ณผ,์ ์ ๊ฐ๋ ๋๋น ์ฝ 80%์ ๋ฌดํ์๋ช ๊ฐ๋๋ฅผ ๊ฐ์ง๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค. ํด์๊ณผ ์ํ ๊ฒฐ๊ณผ ์ค๊ณ๋ ์์ด ์คํฌ์ผ๋ฌ์ ์๋์์น ํจ๋์ ์ถฉ๋ถํ ์ ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๊ฐ์ง๋ฉฐ, ์ ์ ๊ฐ๋ ๋๋น ์ฐ์ํ ํผ๋ก๊ฐ๋๋ฅผ ๊ฐ์ง๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๊ณ , ์ค์ ์ ๋ฐ์ ์ ์ฉํ ์ ์๋ ๊ธฐ์ ์ ๊ทผ๊ฑฐ๋ฅผ ํ๋ณดํ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
ํ ๊ธฐ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ SK ์ผ๋ฏธ์นผ๊ณผ ์ผ์ฑ์ค๊ณต์ ์ด ์ง์ํ๋ ์ฐ๊ตฌ๊ณผ์ ๋ก ์ํ๋ ๊ฒ์ด๋ฉฐ, ์ง์์ ๋ํด ๊ฐ์ฌ๋๋ฆฝ๋๋ค.
REFERENCES
1. Petras, A., Design of Sandwich Structure, Cambridge University,
UK, 1998.2. Park, Y.B., Kweon, J.H., and Choi, J.H., โFailure Characteristics
of Carbon/BMI-Nomex Sandwich Joints in Various Hygrother-mal Conditionsโ, Composites Part B, Vol. 60, 2014, pp. 213-221.
3. Roy, R., Nguyen, K.H., Park, Y.B., Kweon, J.H., and Choi, J.H.,โTesting and Modeling of NomexTM Honeycomb SandwichPanels with Bolt Insertโ, Composites Part B, Vol. 56, 2014,pp.762-769.
4. Hu, H., Belouettar, S., Potier-Ferry, M., and Daya, E.M.,โReview and Assessment of Various Theories for ModelingSandwich Compositesโ, Composite Structures, Vol. 84, No. 3,2008. pp. 282-292.
5. Kim, K.S., Ahn, J.M., Jang, Y.S., and Lee, Y.M., โStrengthImprovement of Insert Joint for Composite Sandwich Struc-tureโ International Journal of Aeronautical and Space Science,Vol. 38, No. 1, 2010, pp. 29-34.
6. Hazizan, M.A. and Cantwell, W.J., โThe Low Velocity ImpactResponse of an Aluminum Honeycomb Sandwich Structureโ,Composites Part B, Vol. 34, No. 8, 2003, pp. 679-687.
7. http://www.plastemart.com, Category : Daewoo, Subject :S.Korea's Daewoo & UK's Intelligent Engineering Form JV toUse SPS Technology in Shipbuilding.
8. http://www.um.no, Category : Technology, Subject : Materials.9. R. L. Evertz, Investigation of Core Closeouts in Fiber- Reinforced
Sandwich Laminates, M.S Thesis, Montana State University,USA, 2000.
10. Niu, M.C., Airframe Stress Analysis and Sizing, Conmilit PressLtd, Hong Kong, 1998.
11. Clarke, J.L., Structural Design of Polymer Composites: EURO-COMP Design Code and Handbook, E & FN Spon, London,USA, 1996.
12. Zhang, J., Liu, F., Zhao, L., Chen, Y., and Fei, B., โA ProgressiveDamage Analysis based Characteristic Length Method forMulti-bolt Composite Jointsโ, Composite Structures, Vol. 108,2014, pp. 915-923.
13. Jones, R.M., Mechanics of Composite Materials, 2nd Edition,Taylor and Francis, USA, 1999.