형상기억합금을 이용한 유리섬유강화 플라스틱 제어와 마디수의 관계
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- 목차
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1. 서론
2. 본론
2.1. 실험도구의 제작
2.2. 실험 방법
2.3. 데이터 처리
2.4. 이론적 해석
2.5. 실험 결과
3. 결론
3.1. 실험 평가
3.2. 활용 가능 분야
후기
참고문헌
- 본문내용
-
1. 서론
형상기억합금(SMA : Shape Memory Alloy)이란, 재료가 소성변형을 일으킨 후 일정치 이상으로 온도를 높여주면 원래의 형상을 기억하는 성질을 가지는 특수한 합금이다. SMA는 온도에 따른 형태의 지능적인 변화를 요하는 구조물 또는 기계공학, 우주공학 분야에 앞으로 더욱 혁신적인 사용성이 기대되고 있다.
형상기억합금의 형상기억효과는 고온상태를 선호하는 오스테나이트(Austenite) 상과 저온상태를 선호하는 마텐사이트(Martensite) 상의 두 가지 안정된 결정구조를 가진 재료 특성으로 일어난다.
형상을 기억함으로써 온도에 따라 변형을 일으키는 형상기억효과는 1960년대 발견된 이후로 많은 관심을 받아왔으며 NASA에서 달 탐사 안테나에 사용한 이후로 그 응용분야가 무궁무진하게 연구되고 있다.
본 연구에서는 유리섬유강화 플라스틱(GFRP : Glass Fiber Reinforcement Plastic)에 Nitinol(니켈(Nickel)과 티타늄(Titanium) 합금) 와이어를 첨가하여 전류에 의해 유리섬유강화 플라스틱을 제어하여 본다. 또한 형상기억합금 와이어와 유리섬유강화 플라스틱을 체결하는 node의 개수를 증가시킴으로써 node의 개수와 플라스틱 거동의 관계를 해석하여 본다.
2. 본론
2.1. 실험도구의 제작
실린더 형상의 알루미늄 형틀(Fig. 1)을 이용하여 초기곡률이 부여된 유리섬유강화 플라스틱을 제작한다. 강화제(Hardner) 22.989g과 에폭시(Epoxy) 수지 9.65g을 섞어 제조한 용액을 바른 유리섬유 한 장을 형틀에 올려놓고, 일정 간격을 두고 bolt를 끼운 Nitinol 와이어를 심은 후 유리섬유 두 장을 더 올려놓고 상온에서 8일간 경화시켰다. 좌우 말단을 포함한 bolt의 개수는 2개, 3개, 4개, 5개의 네 종류로 하였으며, 경화시킨 후 형틀을 제거하여 Nitinol 와이어를 심은 GFRP를 제작하였다.
2.2. 실험 방법
4종류의 각 재료에 대하여 Nitinol 와이어의 온도를 높였을 때의 GFRP의 형상 변화에 대한 실험을 실시하였다. Nitinol 와이어의 온도는 좌우 말단 bolt에 전압차를 공급하여 전류를 흘려보내주어 높인다.
Fig. 1. Cylinder aluminium tool
양 말단 bolt에 부여하는 전압차는 2.4V, 전류는 1.41A로 하였다. 시간이 지남에 따라 천천히 변화량이 나타나는데, 데이터는 전류 공급 후 30초를 기준으로 하여 작성하였다.
2.3. 데이터 처리
형상 변화량의 측정은 한쪽 끝의 위치와 기울기를 고정시킨 후 반대 쪽 말단의 위치 변화량을 조사함으로서 이루어졌다.(Fig. 2)
반경 계산은 다음의 과정을 통하여 이루어졌다. Fig. 2의 횡축을 축, 종축을 축이라고 하였을 때 composite를 원호라 가정하고, 원점에서 축에 접한다고 하면 원의 방정식은 다음과 같은 형태로 작성된다.
(1)
이를 에 대하여 정리하면
- 참고문헌
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⑴ Arup K. Maji, "Smart Prestressing with SMA", The Journal of Engineering Mechanics, October 1998, pp. 1121-1128
⑵ Yun-Mi Kim; Jae-Chul Lee; Min-Saeng Kim; Adrian Paulo Garcia; Yan Jun; Kil-Young Lee; Sung-Hoon Ahn, "Behavior Analysis of Ni-Ti Shape Memory Alloy Wire", 2008
⑶ Min-Saeng Kim; Yum-Mi Kim; Sung-Hoon Ahn., "Fabrication, Characterization and Performance Evaluation of SMA embedded composites for repetitive motion"
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