1. 연구 배경
WSRS로 직조한 스페이서 구조 강화 샌드위치 복합재는 에너지 흡수, 경량성, 높은 층간 박리 저항 특성으로 인해 항공, 운송 및 건설 분야의 충격 흡수 장치에 널리 사용됩니다.
WSRS 샌드위치 구조는 복잡하고, 기계적 하중 하에서 경사 방향(WSRS-WA)과 위사 방향(WSRS-WE)의 하중 지지 능력과 파손 과정을 특성화하는 효과적인 방법이 부족합니다.
2. 연구 개요
HBKU 섬유 및 의류 기술 혁신 센터의 연구자들은 음향 방출(AE) 기술을 사용하여 다양한 높이 사양을 가진 WSRS의 기계적 하중 하에서 손상으로 인해 방출되는 변형 에너지를 포착한 다음(자세한 내용은 3.1 참조) 디지털 이미지 상관(DIC) 기술을 사용하여 손상 영역의 손상 패턴과 표층, 코어 파일, 폼 소재의 상승효과 이미지를 실시간으로 관찰하고 기계적 특성, AE 신호의 매개 변수, 변형률 그래프를 분석하고 굽힘 하중 시 손상 메커니즘을 검증하기 위한 연구를 수행했습니다.
3. 연구자료 및 장비
3.1 실험 표준 시편으로 사용할 서로 다른 크기와 기계적 성질을 가진 WSRS 6개를 준비합니다.
3.2 음향 방출(AE) 감지 장비, 40dB 증폭기, 6개의 AE 신호를 수집하여 손상 분석과 WSRS 고장 메커니즘 확인을 위한 두 개의 RS-2A 변환기.
3.3 디지털 이미지 상관관계(DIC) 변형률장 측정 장비는 시편의 WA, WE 방향의 전체 변형률을 포착하여 WSRS의 동적 손상 과정을 복원하고 굽힘 반응 메커니즘을 연구합니다.
3.4 범용 재료 강도 시험기, WSRS에 대한 3점 굽힘 시험, 시험 표준은 ISO 1209-1-2007(E)를 참조합니다.
3.5 주사전자현미경으로 WSRS의 최종 불량을 분석하고, AE신호 분석과 디지털영상상관(DIC) 변형률 분석의 결론을 검증합니다.
4.디지털 이미지 상관관계(DIC) 연구 검증
6개의 WSRS의 중간 영역(그림 2 참조)은 DIC 분석을 위해 선택되어 코어와 폼 사이의 국부적 변형률 변화를 얻었으며, WSRS는 라그랑지안 미세 변형률을 사용하여 실시간으로 모니터링되어 시간에 따른 6개의 WSRS의 평균 미세 변형률의 추세를 비교했습니다(그림 3 참조).
비교 결과 WSRS-2와 WSRS-4는 동일한 변형 궤적을 가지고 있어 압축 변형률이 인장 변형률보다 크지만 미세 변형률이 WSRS-4보다 더 갑작스러워 WSRS-2가 더 많은 전단 손상을 발생시킨다는 것을 알 수 있습니다.WSRS-6의 손상 메커니즘은 명확하지 않으며, 안정적인 하중 상태와 평균 미세 변형률의 선형적 변화, WSRS-6-WA 경도 및 WSRS-6-WE 위도 변형률의 추세가 다르고, WA의 경사 방향 평균 미세 변형률은 WSRS-4와 동일한 압축 변형률을 나타냅니다.위도 방향은 명확한 인장 변형률을 보여줍니다.
6개의 WSRS에 하중을 가하는 동안 변형률 추세를 추가로 관찰하기 위해, 20초를 노드로 사용하여 6개의 다른 시간 지점에서 파손 모드를 특성화하기 위해 변형률 맵을 선택했습니다. 파란색 영역은 압축 변형률을 나타내고, 빨간색 영역은 미세 변형률 값의 실시간 변화로 인한 인장 변형률을 나타냅니다. 그림 4와 5는 폼 압축 중에 주요 파손 본체인 코어 층이 없음을 보여줍니다.
WSRS-WA(그림 4)에 따르면, 압축으로 인해 상부 층이 움직일 때 코어 층은 주로 인장 변형률의 영향을 받습니다. 높이가 증가함에 따라 변형률 그래프는 다른 추세를 보입니다. 60초 이내에 WSRS-2-WA의 코어 층은 응력을 견딜 만큼 강하지 않아 압축 변형률이 하부 층으로 이동하여 압축 변형률이 전체 코어 층을 관통하게 됩니다. 120초 후 WSRS-2-WA의 내부 층이 손상된 것처럼 보이고 코어 층에서 계면 박리가 발생합니다. 압축 변형률은 80초에 WSRS-4-WA에 나타나고 나비처럼 퍼집니다.
WSRS-6-WA는 100초에서 압축 변형률을 보였는데, 이는 하부 층이 높이 인자로 인한 인장 효과의 영향을 약하게 받아 압축 변형률 전달이 지연되었음을 나타냅니다.그림 5에서 WSRS-2-WE와 WSRS-4-WE는 WSRS-2-WA 및 WSRS-4-WA와 동일한 변형률 추세를 보이지만 모두 후자보다 이르며 압축 변형률은 WSRS-2-WE에서 40초, WSRS-4-WE에서 80초에 나타나 WSRS-WE의 전반적인 파괴가 WSRS-WA보다 빠르다는 것을 나타냅니다.80초 후에는 상부 층이 중앙에서 파편화되고 하부 층이 늘어나 변형률 다이어그램에서 누락된 것처럼 보입니다.동시에 WSRS-6-WE도 코어 파일 분리를 보였습니다(그림 5).
WSRS-2, WSRS-4 및 WSRS-6-WA와 달리 WSRS-6-WE는 양쪽에 인장 변형률이 있는데, 이는 폼 재료의 연계 효과와 코어 파일의 전달 효과로 인해 휨 강도가 증가하기 때문입니다.
5. 연구의 결론
음향 방출(AE) 기술과 디지털 이미지 상관관계(DIC) 방법을 결합하여 직물 스페이서 구조 강화 샌드위치 복합재(WSRS)의 동적 손상 과정과 굽힘 반응을 밝혀냈습니다.
결과에 따르면 WSRS-WE의 전체 압축 변형률은 WSRS-WA보다 일찍 나타나고 파괴 영역이 더 두드러지는데, 이는 WSRS-WE에서 코어 파일 구조의 시너지 효과가 WSRS-WA보다 더 우수함을 나타냅니다. WSRS는 굽힘 응력을 받을 때 위사 방향에서 경사 방향보다 더 높은 하중 지지력을 가지며 더 나은 무결성과 하중 지지력을 보입니다.
