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복합재료-탄소강 접착제 결합 조인트의 하중지지 능력 예측을 위한 이종 재료 접합 계면의 파괴 역학적 분석
Fracture Mechanical Characterization of Bi-material Interface for the Prediction of Load Bearing Capacity of Composite-Steel Bonded Joints

김원석   (한국과학기술원 기계공학과UU0001375  ); 신금철   (현대자동차 고분자 재료 연구팀CC0002909  ); 이정주   (한국과학기술원 기계공학과UU0001375  );
  • 초록

    구조물 설계에 복합재료-금속 접착제 결합 조인트의 개발 및 사용을 제한하는 가장 큰 요인은 접착 조인트의 하중지지 능력 예측을 위한 접착 계면의 강도 평가 방법의 부재이다. 본 연구에서는 복합재료-탄소강의 접착 강도를 계면 모서리에서의 응력강도계수와 파괴 인성 값으로 평가하였다. 구체적으로 동시 경화 성형법으로 제작된 복합재료-탄소강 양면 겹치기 접착조인트의 하중지지 능력을 파괴 역학적 분석 방법을 통하여 결정하였다. 이종재료 계면 모서리 첨단의 응력 특이성과 그 지수를 제시하고 최종적으로 응력강도계수와 실험을 통한 계면의 파괴인성 값을 획득하였다. 서로 다른 접합 길이를 갖는 조인트의 하중지지 능력 비교를 통하여 양면 겹치기 접착 조인트의 파괴 인성치와 혼합 모드에서의 균열 진전 기준을 $K_1-K_{11}$ 평면 내에 도시하였다.


    One of the primary factors limiting the application of composite-metal adhesively bonded joints in structural design is the lack of a good evaluation tool for the interfacial strength to predict the load bearing capacity of boned joints. In this paper composite-steel adhesion strength is evaluated in terms of stress intensity factor and fracture toughness of the interface corner. The load bearing capacity of double lap joints, fabricated by co-cured bonding of composite-steel adherends has been determined using fracture mechanical analysis. Bi-material interface comer stress singularity and its order are presented. Finally stress intensities and fracture toughness of the wedge shape bi-material interface corner are determined. Double lap joint failure locus and its mixed mode crack propagation criterion on $K_1-K_{11}$ plane have been developed by tension tests with different bond lengths.


  • 주제어

    접착제 결합 조인트 .   이종재료 계면 .   응력강도계수 .   양면 겹치기 동시 경화 조인트.  

  • 참고문헌 (8)

    1. G.B. Sinclair, M. Okajima, and J.H. Griffin, 'Path independent integral for computing stress intensity factors at sharp notches in elastic strips,' Int. J. Num. Methods Engin., Vol. 20, 1984, pp. 999-1008 
    2. E.R. Reedy, 'Intensity of the stress singularity at the interface comer between a bonded elastic and rigid layer,' Eng. Fract. Mech., Vol. 36, No.4, 1990, pp. 575-583 
    3. A.J. Kinloch, 'Review - The science of adhesion part I, surface and interfacial aspects,' J. Mater. Sci., Vol. 15, No.9, 1980, pp. 2141-2166 
    4. W.C. Carpenter, and e. Byers, 'A path independent integral for computing stress intensities for V -notched cracks in a bi-material,' Int. J. Fract., Vol. 35, 1987, pp 2459-268 
    5. T.C.T. Ting, Anisotropic Elasticity: Theory and applications Oxford University Press, New York, 1996 
    6. S.T. Choi, H. Shin and Y.Y. Earmme, 'On correspondence between anisotropic and isotropic elasticity for singularity, interface, and crack in dissimilar media,' Int. J. Solids Structures, Vol. 40, No. 13, 2003, pp. 1411-1431 
    7. A.N. Stroh, 'Dislocations and cracks in anisotropic elasticity,' Phil. Mag., Vol. 3, pp. 625-646 
    8. A.R. Akisanya, and N.A. Fleck, 'Interfacial cracking from the free-dege of a long bi-material strip,' Int. J. Solids Structures, Vol. 34, No. 13, 1997, pp. 1645-1665 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Kim, Won-Seock ; Lee, Jung-Ju 2008. "Interfacial Fracture Toughness Measurement of Composite/metal Bonding" 복합재료 : 한국복합재료학회지 = Journal of the Korean Society for Composite Materials, 21(4): 7~14     

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