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복합재료 : 한국복합재료학회지 = Journal of the Korean Society for Composite Materials v.25 no.2, 2012년, pp.34 - 39  
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분리-혼합 기법을 이용한 일방향 다공성 복합재료의 열탄성 계수 예측
Prediction of Thermoelastic Constants of Unidirectional Porous Composites Using an Unmixing-Mixing Scheme

신의섭    (전북대학교 항공우주공학과  );
  • 초록

    본 논문에서는 일방향 섬유강화 복합재료의 열-기공-탄성 거동을 효과적으로 기술하기 위하여 미시역학에 기반을 둔 분리-혼합 기법을 적용하였다. 온도 증가에 따른 열팽창, 내부 기공에서의 가스 압력, 열분해 과정의 수축 변형 효과를 정식화 과정에 모두 포함하였다. 유도된 구성 방정식을 검증하기 위한 비교 대상으로서 복합재료 이차원 단층의 대표 체적 요소를 유한요소법으로 모델링하고, 다양한 하중 조건에 대하여 해석하였다. 즉, 대표 체적 요소에 분포된 전체 평균 응력과 변형도 등을 구하여, 분리-혼합 기법에 의해 예측된 해당 결과 값을 서로 비교하였다. 도출된 수치 결과를 분석함으로써 제안된 복합재료의 열-기공-탄성 거동 예측 기법의 유용성을 확인하였다.


    A thermo-poro-elastic constitutive model of unidirectionally fiber-reinforced composite materials is suggested by extending the unmixing-mixing scheme which is based upon composite micromechanics. The strain components of thermal expansion due to a temperature change, gas pressure in pores, and chemical shrinkage are included in the constitutive model. On purpose to verify the derived constitutive relations, the representative volume element of two-dimensional lamina subject to various loading conditions is analyzed by the finite element method. The overall stress and strain responses are obtained, and compared with the predicted values by the unmixing-mixing scheme. The numerical results show the usefulness of the proposed model to predict the thermoelastic behavior of porous composites.


  • 주제어

    분리-혼합 기법 .   복합재료 .   다공성 .   열탄성.  

  • 참고문헌 (8)

    1. Matsuura, Y., Hirai, K., Kamita, T., Sato, Y., Takatoya, T., and Igawa, H., "A Challenge of Modeling Thermo- Mechanical Response of Silica-Phenolic Composites under High Heating Rates," AIAA Paper 2011-139, 2011, pp. 1-19. 
    2. Wu, Y., "Theory and Numerical Modeling on Thermomechanical Response of Decomposing Composites," Ph.D. Dissertation, Ohio State University, 1995. 
    3. Sullivan, R.M. and Salamon, N.J., "A Finite Element Method for the Thermochemical Decomposition of Polymeric Materials - I. Theory," International Journal of Engineering Science, Vol. 30, No. 4, 1992, pp. 431-441. 
    4. Wu, Y. and Katsube, N., A "Constitutive Model for Thermomechanical Response of Decomposing Composites under High Heating Rates," Mechanics of Materials, Vol. 22, 1996, pp. 189-201. 
    5. Sullivan, R.M. and Salamon, N.J., "A Finite Element Method for the Thermochemical Decomposition of Polymeric Materials - II. Carbon Phenolic Composites," International Journal of Engineering Science, Vol. 30, No. 7, 1992, pp. 939-951. 
    6. Jones, R.M., Mechanics of Composite Materials, 2nd Ed., Taylor & Francis, 1999, pp. 126-136. 
    7. Kim, S.J. and Shin, E.S., "A Thermoviscoplastic Theory for Composite Materials by Using a Matrix-Partitioned Unmixing-Mixing Scheme," Journal of Composite Materials, Vol. 30, No. 15, 1996, pp. 1647-1669. 
    8. 진교국, 하성규, 김재혁, 한훈희, "미시역학적 파손이론을 이용한 복합재 적층판의 피로수명 예측," 한국복합재료학회지, 제24권 제1호, 2011, pp. 10-16.     

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