유리섬유 복합재 피막을 가진 알루미늄 합금의 저주기 피로 거동 평가

Abstract

섬유강화 플라스틱 복합재료와 금속재료를 접합하여 각각의 단점은 보완하고 장점을 강화한 섬유 금속 적층판(Fiber metal hybrid laminate, FML)은 개별적인 기존의 재료보다 우수한 성능을 가진다. 본 논문에서는 Al 6061-T6 합금과 섬유 금속 적층판의 일종인 plain 직조 형태의 GFRP 피막을 갖는 알루미늄 합금에 대해 복합재 피막의 적층수를 변수로 한 피로시험을 수행하여 재료의 저주기 피로거동을 평가하였다. 판형 시험편을 사용해 변형률비 R=0의 사인파형 변형을 가하여 피로시험을 수행하였으며 피로수명은 Coffin-Manson 법, 전변형률-수명 관계식, 전변형률에너지밀도법을 사용하여 평가되었고 각각의 예측식에 따른 예측수명과 실험수명을 비교하였다. 저주기피로 영역에서 피막재의 피로수명은 단일 알루미늄 시험편보다 향상되었으나 3 ply의 적층조건이 가장 우수한 수명을 보였고, 주어진 적층수 증가에 따라 피로수명이 비례적으로 증가하지는 않았다. 전변형률에너지밀도를 피로손상 파라미터로 수명을 평가한 결과, 장수명 영역에서 5 ply의 적층조건이 가장 열악한 수명을 보였다. Coffin-Manson 식으로 예측된 피로수명은 낮은 수명 영역에서는 실제 수명과 잘 일치하였으나 장수명 영역에서 큰 오차를 보였다. 전변형률-수명 관계식과 전변형률에너지밀도법을 통한 예측수명은 전체 시험 영역에서 실제 수명과 잘 일치하였고, 특히 전변형률-수명 관계식의 일치성이 가장 우수하였다.; Fiber metal hybrid laminate (FML), which manufactured by bonding fiber-reinforced plastic composite materials with metal materials has superior performance to individual conventional materials. In this paper, low cycle fatigue behavior of Al 6061-T6 alloy and the aluminum alloy with plain woven GFRP laminates, which is a type of FML, was evaluated using the number of stacked laminated compsite as a variable. Fatigue test was performed by applying sinusoidal strain wave with strain ratio R=0 using plate type specimens. The fatigue life was evaluated using the Coffin-Manson method, the total strain-life relation, and the total strain energy density method. The predicted fatigue life according to each prediction formula was compared with the experimental life. The fatigue life of the laminated material in the low cycle fatigue area was improved than that of the single aluminum specimen, but the 3 ply laminated condition showed the largest lifetime improvement and the fatigue life did not increase proportionally with the given number of laminations. As a result of the evaluation using the total strain energy density by the fatigue damage parameter, the 5 ply laminated condition in the long life area showed the worst life. The predicted fatigue life of Coffin-Manson equation was in good agreement with the experimental life at low life area but showed large error in long life area. The predicted life through the total strain - life relation and the total strain energy density method was in good agreement with the actual life in the entire test area. Especially, the coincidence of the total strain - life relation was the best.