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유승화 교수 연구팀, 적외선 서모그래피와 전기저항 측정의 결합을 통한 복합재의 손상도 분석 방법론 개발

관리자 2020.06.12

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(좌)박건도 박사과정 (우)유승화 교수

그림 1. 적외선 서모그래피와 전기저항 측정을 결합한 단축 인장시험을 통해 섬유 강화 복합재 손상의 3단계 구분


그림 2. 단축 인장시험에서 섬유 강화 복합재가 보이는 열적 거동


그림 3. 다물리 시뮬레이션 플랫폼 개발을 통한 복합재 3 손상단계의 물리적 특성 분석
 
유승화 교수 연구팀은 복합재 내부의 초기 미시손상(micro-damage) 발생 시점과 손상도의 분포를 효과적으로 분석하기 위해 적외선 서모그래피(IR thermography)와 전기저항 측정이 결합 된 비파괴 검사 시스템을 제시하였습니다.
 
적외선 서모그래피를 단독으로 사용했던 기존 연구들에서는 복합재가 변형할 때에 발생하는 온도를 영상으로 관측하여 미시손상의 공간적인 분포를 확인할 수 있다는 장점이 있으나 변형 초기 단계에 손상이 처음 발생하는 정확한 시점을 파악하기 어렵다는 단점이 있습니다. 이번 연구에서 유승화 교수 연구팀은 적외선 서모그래피와 전기저항 측정을 결합한 시스템으로 복합재 내부의 손상도 분포뿐만이 아니라 손상이 처음 발생하는 시점을 특정할 수 있음을 제안하였습니다.
 
또, 이 결합 시스템을 탄소 나노튜브가 첨가된 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP, glass fiber reinforced plastic)의 단축 인장시험에 적용하여 GFRP의 변형 및 파괴 과정이 총 세 가지 단계로 구분 지어질 수 있음을 제시했고 각 단계의 손상 특성을 실험적으로 확인했습니다. 각 손상단계의 물리적인 현상을 더 명확하게 이해하기 위해 재료의 파괴, 열 거동, 그리고 전기적 거동을 동시에 해석할 수 있는 다물리 시뮬레이션을 개발 및 사용하였고, 그 결과, GFRP의 세 가지 손상단계가 각각 선형 탄성변형, 미시손상의 축적, 그리고 균열 진전을 나타냄을 보였습니다.
 
유승화 교수와 University of Genoa의 Flavia Libonati 교수의 공동 지도하에 박건도 박사과정 학생이 제 1저자로 참여한 이번 연구는 복합재료 분야의 국제 학술지 'Carbon' 9월호에 게재됩니다. (논문명: Coupled health monitoring system for CNT-doped self-sensing composites)