유리섬유강화 폴리카보네이트의 라체팅현상과 점탄소성거동에 관한 연구

Abstract

유리섬유강화 폴리카보네이트는 다양한 하중조건에서 사용됨에 따라 특히 비대칭적 반복하중을 받는 경우 변형률이 누적되는 라체팅 현상이 발생됨으로 인해 피로거동 등과 관련하여 연구가 필요하다. 아울러 고분자 소재는 점탄성특성을 수반하고 따라서 유리섬유강화 폴리카보네이트의 라체팅 현상 연구를 위해서는 점탄성과 점소성이 함께 고려된 점탄소성특성 기반의 연구가 수행되어야 한다.

본 논문은 유리섬유강화 폴리카보네이트의 라체팅 현상 연구와 관련하여 이론적, 실험적기반의 분석과 함께 제반 특성을 고찰하였다. 이론적 연구에서는 섬유함량에 따른 탄성계수를 예측하고, 점탄소성거동 모델을 구성하였으며, 실험적 연구에서는 인장시험과 미시구조분석을 통해 기반 물성 획득 및 유리섬유의 장단비를 측정하였다. 아울러 복합하중이력시험을 수행한 후 이들을 기반으로 재료물성 획득과 함께 다양한 재료거동을 확인하였다. 최종적으로 라체팅시험에 따른 섬유함량과 기계적 거동특성의 상관성을 분석하였으며, 거동모델을 이용한 해석과 실험결과와 비교분석하였다.

전단지연 모델과 실험을 통해 섬유함량에 따른 탄성계수를 5% 이내의 오차로 예측하였으며, 복합하중이력시험을 기반으로 탄성 및 소성구간에서 하중이력과 응력이완거동을 모두 확인할 수 있었다. 보다 구체적인 라체팅 현상을 분석하기 위하여 누적평균변형률을 계산하였으며 섬유함량이 증가함에 따라 응력진폭에 의한 영향이 커지는 것을 확인하였다. 최종적으로 복합하중이력시험으로부터 획득된 재료물성을 이용하여 라체팅시험을 해석하였고, 3.6% 이내의 평균오차로 예측하였다. 따라서 제안된 모델이 유리섬유강화 폴리카보네이트의 라체팅 현상을 모사함에 있어 적합함을 알 수 있었다.; Glass fiber reinforced polycarbonate is used in various loading conditions, especially under asymmetrical cyclical loads, resulting in a ratcheting phenomenon in which stress accumulates, and studies are required with regard to fatigue behavior. In addition, polymeric materials involve the viscoelastic properties, and therefore, the study of the ratcheting phenomenon of glass fiber reinforced polycarbonate should be conducted based on visco-elastoplastic, which is considered with viscoelastic and viscoplastic.

In this study, the properties of glass fiber reinforced polycarbonate were discussed with the analysis of the theoretical and experimental base in relation to the ratcheting phenomena. Theoretical study predicted the elastic modulus according to the fiber content, constructed the visco-elastoplastic behavior model. In the experimental study obtained the base properties through tensile testing, and the glass fiber aspect ratio was measured through microstructure analysis. Inaddition, a variety of material behaviors were verified and material model properties acquired based on the complex cyclic load test. Finally, the correlation between the fiber content and mechanical behavior characteristics according to the ratcheting test was analyzed and analytical result using visco-elastoplastic behavior model were compared with experimental result.

Through the shear-lag model, the elastic modulus according to the fiber content was predicted to be within 5% error, and based on the complex cyclic load test, both cyclic load and stress relaxation behavior were identified in the elastic and plastic region. In order to analyse the ratcheting phenomena specifically, the accumulated mean strain was calculated. It was confirmed that the effects of stress amplitude was increased as the fiber content increased. Finally, using material properties obtained from the complex cyclic load test, the ratcheting test was analyzed and the average error with the predicted value was found to be within 3.6%. Therefore, it was shown that the proposed model was suitable for simulating the ratcheting phenomenon of glass fiber reinforced polycarbonate.