KR101964880B1 - System and method for diagnosing crack propagation of CFRP structures - Google Patents
System and method for diagnosing crack propagation of CFRP structures Download PDFInfo
- Publication number
- KR101964880B1 KR101964880B1 KR1020170178259A KR20170178259A KR101964880B1 KR 101964880 B1 KR101964880 B1 KR 101964880B1 KR 1020170178259 A KR1020170178259 A KR 1020170178259A KR 20170178259 A KR20170178259 A KR 20170178259A KR 101964880 B1 KR101964880 B1 KR 101964880B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- strain
- carbon fiber
- fiber reinforced
- reinforced plastic
- channels
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G06F17/5009—
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/041—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/20—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady bending forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/24—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady shearing forces
-
- G06F2217/76—
Abstract
Description
본 발명은 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력 진단 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 변형 모드에 따른 저항 변화 거동을 이용하여, 응력을 진단할 수 있는 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a system and method for diagnosing stress of a carbon fiber reinforced plastic structure, and more particularly, to a carbon fiber reinforced plastic structure capable of diagnosing stress by using a resistance change behavior according to a deformation mode of a carbon fiber reinforced plastic structure. To a stress diagnosis system and method.
일반적으로 탄소섬유강화플라스틱(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic)은 탄소섬유를 강화재로 사용하는 복합재료이다. 탄소섬유강화플라스틱은 고강도, 고강성의 경량 구조재로서 비행기, 자동차, 로봇 등 다양한 분야에 활발하게 이용되고 있다. 비행기, 자동차, 로봇 등 다양한 구조물은 높은 안정성이 요구되는 구조체이기 때문에, 손상을 검출할 수 있는 기술에 대한 관심이 증대되고 있다.In general, carbon fiber reinforced plastic (CFRP) is a composite material using carbon fiber as a reinforcing material. Carbon fiber reinforced plastic is a high strength, high rigid and lightweight structural material that is actively used in various fields such as airplanes, automobiles, and robots. Since various structures such as airplanes, automobiles, and robots are structures that require high stability, there is a growing interest in technologies that can detect damage.
종래에는 구조물과 별도로 변형이나 손상을 측정할 수 있는 센서 등을 추가적으로 설치하여 검사하고자 하는 특정 부분의 검사를 실시하거나, 음향 센서 등 검사 장비를 통해 스캔 하거나, 육안 등으로 손상 여부를 판단하였다. Conventionally, by additionally installing a sensor that can measure deformation or damage separately from the structure to perform inspection of a specific portion to be inspected, scan through inspection equipment such as acoustic sensors, or determine the damage with the naked eye.
그러나, 센서를 추가 설치하는 경우 비용이 많이 드는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 검사 대상이 되는 부분이 매우 광범위하므로 센서의 설치에는 한계가 있다. 또한, 검사 장비를 이용하거나 육안으로 검사할 경우 이미 파손이나 손상이 발생된 이후에서야 확인이 가능하기 때문에 안전성 확보에 문제점이 있다. However, there is a problem in that the additional installation of the sensor is not only costly, but also the installation of the sensor is limited because the area to be inspected is very extensive. In addition, when using inspection equipment or visual inspection, there is a problem in securing safety because it can be confirmed only after the damage or damage has already occurred.
또한, 균열 진전을 미리 예측할 수 없는 문제점이 있다. In addition, there is a problem that the crack propagation cannot be predicted in advance.
본 발명의 목적은, 저항 변화 거동을 이용하여 응력을 진단하여 파손을 예측할 수 있는 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력 진단 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다. It is an object of the present invention to provide a stress diagnosis system and method for a carbon fiber reinforced plastic structure which can predict failure by diagnosing stress using resistance change behavior.
본 발명에 따른 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력 진단 방법은, 복수의 탄소섬유강화플라스틱 시트들이 적층되고, 내부 상,하측에서 서로 소정간격 이격된 위치에 상호간에 복수의 채널들을 형성하도록 복수의 전극들이 구비된 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력을 진단하는 방법에 있어서, 실험을 통해 복수의 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물들에 굽힘, 인장, 전단 및 박리 중 적어도 하나의 변형모드를 가하고, 상기 변형모드마다 상기 채널들에서 응력과 변형율에 따른 전기 저항값을 측정하여, 상기 변형모드마다 상기 변형율과 상기 저항 변화율의 관계를 나타내는 저항-변형률 관계식을 도출하여, 데이터베이스로 구축하는 단계와; 응력 진단시, 사용자는 응력을 진단하고자 하는 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 형상정보, 탄성계수, 상기 변형모드를 변수로 입력하는 단계와; 제어부는 상기 데이터베이스로부터 상기 변형모드에 대한 상기 저항-변형률 관계식을 찾아내는 단계와; 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 내부에 형성된 상기 복수의 채널들에 대해 전기 저항값을 각각 측정하는 단계와; 상기에서 측정한 전기 저항값을 상기 저항-변형률 관계식에 대입하여, 상기 채널들에서 변형율을 산출하는 단계와; 상기 채널들에서 변형율을 산출하면, 상기 변형율과 상기 탄성계수를 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력과 변형율의 관계식에 대입하여, 상기 채널들의 위치에서 응력을 산출하는 단계와; 상기 채널들의 위치에서 산출된 응력을 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물 내부의 응력 분포로 나타내는 단계를 포함한다.In the method for diagnosing stress of a carbon fiber reinforced plastic structure according to the present invention, a plurality of electrodes are formed so that a plurality of carbon fiber reinforced plastic sheets are stacked and a plurality of channels are formed at positions spaced apart from each other by a predetermined distance from the inside and the bottom thereof. In the method for diagnosing stress of the carbon fiber reinforced plastic structure provided, at least one deformation mode of bending, tensioning, shearing and peeling is applied to the plurality of carbon fiber reinforced plastic structures through experiments, Measuring an electrical resistance value according to stress and strain in the channels, deriving a resistance-strain relationship representing a relationship between the strain and the resistance change rate for each deformation mode, and constructing a database; In the stress diagnosis, the user inputs shape information, elastic modulus, and deformation mode of the carbon fiber reinforced plastic structure to be diagnosed as a variable; The control unit finding the resistance-strain relationship for the strain mode from the database; Measuring an electrical resistance value for each of the plurality of channels formed in the carbon fiber reinforced plastic structure; Calculating strain in the channels by substituting the measured electrical resistance value into the resistance-strain relationship; Calculating strain in the channels, substituting the strain and elastic modulus into a relationship between stress and strain of the carbon fiber reinforced plastic structure to calculate stress at the positions of the channels; And representing the stress calculated at the location of the channels as a stress distribution within the carbon fiber reinforced plastic structure.
본 발명의 다른 측면에 따른 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력 진단 방법은, 복수의 탄소섬유강화플라스틱 시트들이 적층되고, 내부 상,하측에서 서로 소정간격 이격된 위치에 상호간에 복수의 채널들을 형성하도록 복수의 전극들이 구비된 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력을 진단하는 방법에 있어서, 실험을 통해 복수의 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물들에 굽힘, 인장, 전단 및 박리 중 적어도 하나의 변형모드를 가하고, 상기 변형모드마다 상기 채널들에서 응력과 변형율에 따른 전기 저항값을 측정하여, 상기 변형모드마다 상기 변형율과 상기 저항 변화율의 관계를 나타내는 저항-변형률 관계식을 도출하여, 데이터베이스로 구축하는 단계와; 응력 진단시, 사용자는 응력을 진단하고자 하는 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 형상정보, 탄성계수, 상기 복수의 변형모드들을 변수로 입력하는 단계와; 제어부는, 상기 입력단계에서 입력된 형상 정보를 이용하여, 상기 복수의 변형모드들이 각각 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 변형에 미치는 가중치를 산출하고, 상기 데이터베이스로부터 상기 입력된 변형모드들에 대한 복수의 저항-변형률 관계식들을 찾아내어 상기 가중치를 적용하여 저항-변형률 관계식으로 조합하여, 상기 복수의 변형모드들에 대한 하나의 저항-변형률 관계식을 도출하는 단계와; 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 내부에 형성된 상기 복수의 채널들에 대해 저항 변화를 각각 측정하는 단계와; 상기에서 측정한 전기 저항 변화를 상기 저항-변형률 관계식에 대입하여, 상기 채널들에서 변형율을 산출하는 단계와; 상기 채널들에서 변형율을 산출하면, 상기 변형율과 상기 탄성계수를 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력과 변형율의 관계식에 대입하여, 상기 채널들의 위치에서 응력을 산출하는 단계와; 상기 채널들의 위치에서 산출된 응력을 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물 내부의 응력 분포로 나타내는 단계와; 상기 제어부는, 상기 복수의 채널들 중에서 압축 응력이 나타나는 채널을 균열 직전 채널로 검출하고, 상기 복수의 채널들 중에서 인장 응력이 설정 비율 이상으로 증가하는 채널의 위치를 균열 팁이 위치한 균열 팁 채널로 검출하고, 검출된 채널의 위치 정보로부터 상기 균열의 위치를 도출한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for diagnosing stress of a carbon fiber reinforced plastic structure, wherein a plurality of carbon fiber reinforced plastic sheets are stacked, and a plurality of channels are formed at positions spaced apart from each other by a predetermined distance from the inside and the bottom thereof. In the method for diagnosing stress of a carbon fiber reinforced plastic structure provided with electrodes of the electrode, through the experiment applying a deformation mode of at least one of bending, tensioning, shearing and peeling the plurality of carbon fiber reinforced plastic structures, Measuring electric resistance values according to stress and strain in the channels for each mode, deriving a resistance-strain relationship representing a relationship between the strain and the resistance change rate in each deformation mode, and constructing a database; In the stress diagnosis, the user inputs shape information, elastic modulus, and the plurality of deformation modes of the carbon fiber reinforced plastic structure to be diagnosed as a variable; The controller calculates weights of the plurality of deformation modes on the deformation of the carbon fiber reinforced plastic structure, respectively, by using the shape information input in the input step, and controls the plurality of deformation modes for the input deformation modes from the database. Finding resistance-strain relations and applying the weights to combine resistance-strain relations to derive one resistance-strain relation for the plurality of strain modes; Measuring a resistance change for each of the plurality of channels formed in the carbon fiber reinforced plastic structure; Calculating strain in the channels by substituting the measured electrical resistance change into the resistance-strain relationship; Calculating strain in the channels, substituting the strain and elastic modulus into a relationship between stress and strain of the carbon fiber reinforced plastic structure to calculate stress at the positions of the channels; Representing the stress calculated at the location of the channels as a stress distribution within the carbon fiber reinforced plastic structure; The control unit detects a channel in which compressive stress appears among the plurality of channels as a channel just before cracking, and converts a position of a channel in which the tensile stress increases above a predetermined ratio among the plurality of channels as a crack tip channel having a crack tip. The crack position is derived from the detected position information of the channel.
본 발명의 다른 측면에 따른 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력 진단 시스템은, 복수의 탄소섬유강화플라스틱 시트들이 적층되어 형성된 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 내부 상,하측에서 서로 소정간격 이격된 위치에 상호간에 복수의 채널들을 형성하도록 구비된 복수의 전극들과; 상기 복수의 전극들에 각각 연결된 전선들과; 상기 복수의 채널들의 저항 변화를 측정하는 저항측정모듈과; 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물들에 가해지는 굽힘, 인장, 전단 및 박리를 포함하는 변형모드에 따라 상기 채널들에서 측정된 변형율과 저항 변화율의 관계를 나타내는 저항-변형률 관계식이 저장된 데이터베이스와; 상기 저항측정모듈에서 저항 변화를 측정하면, 상기에서 측정한 전기 저항 변화를 상기 저항-변형률 관계식에 대입하여, 상기 채널들에서 변형율을 산출하고, 상기 변형율과 상기 탄성계수를 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력과 변형율의 관계식에 대입하여, 상기 채널들의 위치에서 응력을 산출하고, 상기 산출된 응력에 따라 균열의 진전을 판단하는 제어부를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a stress diagnosis system for a carbon fiber reinforced plastic structure includes a plurality of carbon fiber reinforced plastic sheets stacked on top of each other at positions spaced apart from each other by a predetermined distance from an inside and a bottom of a carbon fiber reinforced plastic structure. A plurality of electrodes provided to form channels of the plurality of electrodes; Wires connected to the plurality of electrodes, respectively; A resistance measuring module measuring a change in resistance of the plurality of channels; A database storing a resistance-strain relationship representing a relationship between strain and resistance change measured in the channels according to deformation modes including bending, tension, shear and peeling applied to the carbon fiber reinforced plastic structures; When the resistance change is measured in the resistance measurement module, the electrical resistance change measured above is substituted into the resistance-strain relationship formula to calculate strain in the channels, and the strain and elastic modulus are the carbon fiber reinforced plastic structure. And a control unit for calculating the stress at the positions of the channels and determining the progress of the crack according to the calculated stresses, by substituting the relationship between the stress and the strain rate of the channel.
본 발명은, 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 내부에 복수의 전극들을 배치하고, 상기 복수의 전극들간에 형성된 복수의 채널들에서 저항 변화율을 구하여, 저항변화율과 변형률의 관계식을 데이터베이스로 구축함으로써, 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 전기 저항값을 측정하면 변형률을 산출할 수 있고, 변형률을 이용하여 응력을 진단할 수 있다. The present invention, by arranging a plurality of electrodes inside the carbon fiber reinforced plastic structure, by obtaining a resistance change rate in the plurality of channels formed between the plurality of electrodes, by building a relationship between the resistance change rate and strain rate as a database, By measuring the electrical resistance of the reinforced plastic structure, the strain can be calculated, and the strain can be used to diagnose stress.
또한, 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 전기 저항값을 측정함으로써, 응력 분포도를 도출할 수 있으므로, FEM을 대체할 수 있는 이점이 있다. In addition, by measuring the electrical resistance of the carbon fiber reinforced plastic structure, it is possible to derive the stress distribution, there is an advantage that can replace the FEM.
또한, 균열 진전을 예측할 수 있는 이점이 있다. In addition, there is an advantage that can predict the crack growth.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력 진단 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력 진단 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 균열 진전을 전기 저항 등가 회로로 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력 진단 시스템에서 균열 진전에 따른 응력을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유강화플라스틱 구조물에서 응력 분포도를 나타낸다. 1 is a view showing a stress diagnosis system of a carbon fiber reinforced plastic structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart illustrating a stress diagnostic method of the carbon fiber reinforced plastic structure according to an embodiment of the present invention.
3 is a view schematically showing the crack propagation of the carbon fiber reinforced plastic structure according to an embodiment of the present invention as an electric resistance equivalent circuit.
Figure 4 is a graph showing the stress according to the crack growth in the stress diagnosis system of the carbon fiber reinforced plastic structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows the stress distribution in the carbon fiber reinforced plastic structure according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력 진단 시스템을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a stress diagnosis system of a carbon fiber reinforced plastic structure according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 탄소섬유강화플라스틱 구조물(10)은, 복수의 탄소섬유강화플라스틱 시트들이 적층되어 형성된다.Referring to FIG. 1, the carbon fiber reinforced
상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물(10)은 빔 형상으로 형성된 것으로 예를 들어 설명한다.The carbon fiber reinforced
상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물(10)의 내부 상측에는 서로 소정간격 이격되게 복수의 상부 전극들(11)(12)(13)(14)이 구비되고, 내부 하측에도 서로 소정간격 이격되게 복수의 하부 전극들(15)(16)(17)(18)이 구비된다. 상기 상부 전극들(11)(12)(13)(14)간의 이격 거리는 상기 하부 전극들(15)(16)(17)(18)간의 이격 거리와 동일하게 설정된다. 또한, 상기 이격 거리가 미리 설정된 설정 거리 이상으로 확보되어야 후술하는 채널들에서 측정하는 저항 변화 패턴이 균열이 지나간 이후 균열 진전에 따른 선형 증가 패턴을 얻을 수 있다. A plurality of
상기 상부 전극들(11)(12)(13)(14)과 상기 하부 전극들(15)(16)(17)(18)은 각각 상하방향으로 서로 대응되게 배치된다. 상기 상부 전극들(11)(12)(13)(14)과 상기 하부 전극들(15)(16)(17)(18)은 두 개씩 쌍을 이루어 채널을 형성한다. The
본 실시예에서는, 상기 상부 전극들(11)(12)(13)(14)은 4개의 제1,2,3,4전극들(11)(12)(13)(14)이고, 상기 하부 전극들(15)(16)(17)(18)도 4개의 제5,6,7,8전극들(15)(16)(17)(18)인 것으로 예를 들어 설명한다. In the present embodiment, the
상기 제1,2,3,4,5,6,7,8전극들(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)에는 각각 전선이 연결되어, 상기 전선은 후술하는 저항측정모듈(미도시)에 연결된다. Wires are connected to the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, and
상기 채널은, 상기 제1전극(11)과 상기 제5전극(15)을 전기적으로 연결하는 제1채널(C1)과, 상기 제2전극(12)과 상기 제6전극(16)을 전기적으로 연결하는 제2채널(C2)과, 상기 제3전극(13)과 상기 제7전극(17)을 전기적으로 연결하는 제3채널(C3)과, 상기 제4전극(14)과 상기 제8전극(18)을 전기적으로 연결하는 제4채널(C4)을 포함한다.The channel may electrically connect the first channel C1 electrically connecting the
또한, 상기 채널은, 상기 제1전극(11)과 상기 제2전극(12)을 전기적으로 연결하는 제5채널(C5)과, 상기 제2전극(12)과 상기 제3전극(13)을 전기적으로 연결하는 제6채널(C6)과, 상기 제3전극(13)을 상기 제4전극(14)과 전기적으로 연결하는 제7채널(C7)을 포함한다. In addition, the channel may include a fifth channel C5 electrically connecting the
상기 제1,2,3,4채널(C1)(C2)(C3)(C4)은, 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물(10)의 내부에서 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물(10)의 길이방향에 수직한 상하방향으로 형성된다. The first, second, third, and fourth channels C1, C2, C3, and C4 are perpendicular to the longitudinal direction of the carbon fiber reinforced
상기 제5,6,7채널(C5)(C6)(C7)은, 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물(10)의 내부 상측에서 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물(10)의 길이방향으로 형성된다. The fifth, sixth, seventh channels (C5), (C6), and (C7) are formed in the longitudinal direction of the carbon fiber reinforced plastic structure (10) in the upper side of the carbon fiber reinforced plastic structure (10).
상기 제5,6,7채널(C5)(C6)(C7)은, 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물(10)의 내부 상측에서 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물(10)의 길이방향으로 형성된다. The fifth, sixth, seventh channels (C5), (C6), and (C7) are formed in the longitudinal direction of the carbon fiber reinforced plastic structure (10) in the upper side of the carbon fiber reinforced plastic structure (10).
다만, 이에 한정되지 않고, 상기 채널은 상기 제5,6,7,8전극들(15)(16)(17)을 서로 연결하는 채널을 포함하는 것도 가능하다.
However, the present invention is not limited thereto, and the channel may include a channel connecting the fifth, six, seven, and eight
상기와 같이 구성된 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력 진단 방법을 설명하면, 다음과 같다.The stress diagnosis method of the carbon fiber reinforced plastic structure configured as described above is as follows.
먼저, 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물에 굽힘, 인장, 전단 및 박리 중 적어도 하나의 변형모드를 가하여, 복수의 실험들을 실시하여 데이터 베이스를 구축한다.(S1)First, at least one deformation mode of bending, tensioning, shearing, and peeling is applied to the carbon fiber reinforced plastic structure, and a plurality of experiments are performed to construct a database.
상기 실험시 입력 변수는, 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 형상 정보, 변형 모드, 응력, 상기 탄소섬유강화플라스틱 시트의 전기 전도도, 에너지 해방율(Energy release rate) 등을 포함한다. Input parameters during the experiment include shape information of the carbon fiber reinforced plastic structure, deformation mode, stress, electrical conductivity of the carbon fiber reinforced plastic sheet, energy release rate, and the like.
여기서, 에너지 해방율은 실험(delamination test)을 진행할 때 특정 인장 길이 및 특정 인장력 대비 크랙 진전도를 비교하는 척도이다. 즉, 같은 인장 길이 및 인장력일 때 에너지 해방율이 크면 크랙 진전이 더 많이 되는 것이다. 각 물질의 에너지 해방율을 알면 동일 인장 길이 대비 크랙 진전도를 비교할 수 있다. 따라서, 상기 입력 변수는 전기 전도도와 에너지 해방율을 포함한다. Here, the energy release rate is a measure for comparing the crack propagation with respect to a specific tensile length and a specific tensile force during the delamination test. In other words, if the energy release rate is large at the same tensile length and tensile force, more crack propagation is obtained. Knowing the energy release rate of each material, it is possible to compare crack propagation to the same tensile length. Thus, the input variable includes electrical conductivity and energy release rate.
상기 탄소섬유강화플라스틱 시트의 전기 전도도는, 상기 탄소섬유의 종류, 크기, 적층 수에 따라 조절할 수 있다.The electrical conductivity of the carbon fiber reinforced plastic sheet may be adjusted according to the type, size, and number of laminated carbon fibers.
따라서, 상기 탄소섬유강화플라스틱 시트의 전기 전도도와 상기 에너지 해방율에 따라 다른 데이터가 구축된다.Accordingly, different data are constructed according to the electrical conductivity of the carbon fiber reinforced plastic sheet and the energy release rate.
상기 변형 모드는, 굽힘 변형, 인장 변형, 전단 변형 및 박리 변형에 대한 모드를 포함한다. 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 인장 실험시, 내부에는 굽힘 변형, 인장 변형, 전단 변형 및 박리 변형이 적어도 하나 이상이 발생된다. The deformation mode includes modes for bending deformation, tensile deformation, shear deformation and peel deformation. In the tensile test of the carbon fiber reinforced plastic structure, at least one or more bending deformation, tensile deformation, shear deformation, and peeling deformation are generated therein.
따라서, 굽힘 변형, 인장 변형, 전단 변형 및 박리 변형에 대해 각각 실험하고, 각 변형모드에 대한 데이터를 각각 구축한다. Therefore, the bending deformation, the tensile deformation, the shear deformation, and the peeling deformation are respectively tested, and data for each deformation mode are respectively constructed.
상기 실험에서 측정값은, 각 채널들에서 변형율(strain), 상기 변형율에 따른 전기 저항값을 포함한다. 즉, 상기 변형모드마다 상기 채널에서 응력과 변형율에 따른 전기 저항값을 측정한다. In the experiment, the measured value includes strain in each channel and an electrical resistance value according to the strain. That is, the electrical resistance value according to the stress and strain in the channel for each deformation mode is measured.
상기 전기 저항값을 측정한 후, 상기 저항 변화율을 계산하여, 상기 변형률과 상기 저항 변화율의 관계를 나타내는 저항-변형률 관계식을 도출한다. After measuring the electrical resistance value, the resistance change rate is calculated to derive a resistance-strain relationship representing the relationship between the strain rate and the resistance change rate.
상기 변형모드에 따른 상기 저항-변형률 관계식은 데이터베이스에 저장된다. The resistance-strain relationship according to the deformation mode is stored in a database.
상기 저항-변형률 관계식은 수학식 1과 같다.The resistance-strain relationship is represented by
<수학식 1><
(α,β,γ)= f(ε)(α, β, γ) = f (ε)
여기서, α,β,γ는 변형모드별 각 채널에서 저항 변화율이고, ε는 변형율이다.Here, α, β, and γ are resistance change rates in each channel for each deformation mode, and ε is the strain rate.
상기 저항-변형률 관계식은, 상기 변형모드에 따라 서로 다른 식으로 구축된다. The resistance-strain relationship is constructed in different ways according to the deformation mode.
상기와 같이 데이터베이스에는 상기 변형모드에 대한 상기 저항-변형률 관계식이 저장된다.As described above, the resistance-strain relationship for the deformation mode is stored in the database.
이후, 사용자는 응력을 진단하고자 하는 진단대상 구조물인 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 형상정보, 탄성계수, 변형 모드를 포함하는 변수들을 입력한다.(S2) Thereafter, the user inputs variables including shape information, modulus of elasticity, and deformation mode of the carbon fiber reinforced plastic structure, which is a structure to be diagnosed, for stress diagnosis (S2).
상기 제어부는 상기 데이터베이스로부터 입력된 변형 모드에 대한 저항-변형률 관계식을 찾아낸다.(S3)The controller finds a resistance-strain relationship for the deformation mode input from the database (S3).
이 때, 상기 저항-변형률 관계식은 각 변형 모드에 따라 다른 식이 구축되어 있기 때문에, 복수의 변형 모드들의 입력시 복수의 식들이 각각 도출된다. In this case, since the resistance-strain relation formula is constructed differently according to each deformation mode, a plurality of equations are derived when inputting a plurality of deformation modes.
상기 제어부는 상기 입력된 변형 모드들에 각각 대응되는 복수의 저항-변형률 관계식들을 모두 찾아낸 후, 이들을 조합하여 하나의 저항-변형률 관계식으로 도출한다. The controller finds a plurality of resistance-strain relations respectively corresponding to the input deformation modes, and combines them to derive one resistance-strain relation.
예를 들어, 상기 입력단계에서 굽힘 변형모드와 인장 변형 모드가 입력되면, 상기 굽힘 변형모드에 대한 저항-변형률 관계식인 제1식(f1)과 상기 인장 변형모드에 대한 저항-변형률 관계식인 제2식(f2)을 각각 도출한다.For example, when the bending deformation mode and the tensile deformation mode are input in the input step, the first equation (f1), which is a resistance-strain relationship for the bending deformation mode, and a second resistance-strain relationship for the tensile deformation mode, may be used. Equation (f2) is derived respectively.
상기 제어부는, 상기 입력단계에서 입력된 형상 정보를 이용하여, 상기 굽힘 변형모드와 상기 인장 변형모드가 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 변형에 미치는 가중치를 산출한다. The controller calculates a weight of the bending deformation mode and the tensile deformation mode on the deformation of the carbon fiber reinforced plastic structure using the shape information input in the input step.
상기 제어부는, 상기 굽힘 변형모드의 가중치(a)를 상기 제1식에 적용하고, 상기 인장변형모드의 가중치(b)를 상기 제2식에 적용한 후, 가중치가 적용된 식들을 조합하여 하나의 저항-변형률 관계식으로 재산출한다.The controller applies the weight (a) of the bending deformation mode to the first equation, applies the weight (b) of the tensile deformation mode to the second equation, and then combines the weighted equations to combine one resistance. -Recalculate as strain relationship.
재산출된 저항-변형률 관계식은 수학식 2와 같다. The recalculated resistance-strain relationship is given by
<수학식 2><
(α,β,γ) = f(ε) = a*f1(ε) + b*f2(ε) (α, β, γ) = f (ε) = a * f1 (ε) + b * f2 (ε)
여기서, a,b는 가중치이고 상수이다.Where a and b are weights and constants.
이후, 상기 저항측정모듈(미도시)은, 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 모든 채널들에서 전기 저항값을 측정한다.(S4)Thereafter, the resistance measurement module (not shown) measures an electrical resistance value in all channels of the carbon fiber reinforced plastic structure.
상기 전기 저항값을 측정하면, 측정값으로부터 저항 변화율(α,β,γ) 을 계산한다.When the electrical resistance value is measured, the resistance change rate (α, β, γ) is calculated from the measured value.
상기 저항 변화율(α,β,γ) 을 상기 저항-변형률 관계식인 수학식 2에 대입하면, 각 채널에서 변형율(ε)을 산출할 수 있다.(S5)Substituting the resistance change rate (α, β, γ) into
상기 채널들에서 상기 변형율(ε)을 산출하면, 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력과 변형율의 관계식에 대입한다.When the strain ε is calculated in the channels, the strain is substituted into the relationship between stress and strain of the carbon fiber reinforced plastic structure.
상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력과 변형율의 관계식은 수학식 3과 같다.The relationship between stress and strain of the carbon fiber reinforced plastic structure is shown in Equation 3.
<수학식 3><Equation 3>
σ = Eεσ = Eε
여기서, E는 영의 계수(Young's modulus)이고, ε는 수학식 2에서 구한 변형율이다.Where E is Young's modulus and ε is the strain obtained from
따라서, 상기 채널들에서 변형율(ε)을 알면, 각 채널들에서 응력(σ)을 산출할 수 있다.(S6)Therefore, if the strain ε is known in the channels, the stress σ may be calculated in each channel (S6).
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 모든 채널들에서 각각 산출된 응력을 조합하여, 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물 전체의 응력분포도로 나타낼 수 있다.(S7)As shown in FIG. 5, the stresses calculated in all channels of the carbon fiber reinforced plastic structure may be combined to represent a stress distribution diagram of the entire carbon fiber reinforced plastic structure.
상기 응력분포도를 보면, 균열의 유무나 균열의 진전 상태를 확인할 수 있다. Looking at the stress distribution diagram, it is possible to confirm the presence or absence of cracking and the state of crack development.
한편, 도 4를 참조하면, 상기 제어부는 상기 복수의 채널들 중에서 압축 응력이 나타나는 채널을 균열 직전 채널로 검출한다.Meanwhile, referring to FIG. 4, the controller detects a channel in which compressive stress appears among the plurality of channels as a channel just before cracking.
상기 균열 직전 채널의 검출시 상기 균열 직전 채널의 위치 정보로부터 상기 균열의 위치를 도출할 수 있다.The location of the crack may be derived from the position information of the channel immediately before the crack when the channel immediately before the crack is detected.
또한, 상기 제어부는, 상기 복수의 채널들 중에서 인장 응력이 설정 비율 이상으로 증가하는 채널을 균열 팁이 위치한 균열 팁 채널로 검출한다.In addition, the control unit detects a channel in which a crack tip is located in a crack tip channel in which a tensile stress of the plurality of channels increases by more than a set ratio.
상기 균열 팁 채널의 위치 정보로부터 상기 균열의 위치를 도출할 수 있다. The location of the crack may be derived from the location information of the crack tip channel.
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 균열 진전을 전기 저항 등가 회로로 개략적으로 나타낸 도면이다. On the other hand, Figure 3 is a diagram schematically showing the crack propagation of the carbon fiber reinforced plastic structure according to an embodiment of the present invention as an electric resistance equivalent circuit.
도 3a를 참조하면, 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물에 인장력이 가해지지 않는 초기 상태일 때, 상기 제1,2,3,4채널(C1~C4)의 각 초기 저항값(R)은 동일하다.Referring to FIG. 3A, when the tensile force is not applied to the carbon fiber reinforced plastic structure, each initial resistance value R of the first, second, third and fourth channels C1 to C4 is the same.
도 3b를 참조하면, 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물에 인장력이 가해지면, 상기 인장력이 가해지는 부분과 가깝게 위치한 상기 제1,2채널(C1)(C2)의 저항값은 다소 증가한다. 상기 제1,2채널(C1)(C2)의 저항 변화율은 β이다.Referring to FIG. 3B, when a tensile force is applied to the carbon fiber reinforced plastic structure, the resistance value of the first and second channels C1 and C2 located close to the portion where the tensile force is applied increases slightly. The resistance change rate of the first and second channels C1 and C2 is β.
도 3c를 참조하면, 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물에 인장력이 가해져서 균열이 발생하여, 상기 균열이 상기 제1채널(C1)에 근접하면, 상기 제1채널(C1)의 저항값이 감소하는 것을 나타낸다. 즉, 상기 균열이 접근하는 채널에서는 저항값이 감소한다. 상기 제1채널(C1)의 저항 변화율은 ??이고, 상기 제2,3채널(C2)(C3)의 저항 변화율은 β이다.Referring to FIG. 3C, when a tensile force is applied to the carbon fiber reinforced plastic structure to cause cracking, and when the crack approaches the first channel C1, the resistance value of the first channel C1 decreases. Indicates. That is, the resistance value decreases in the channel approaching the crack. The resistance change rate of the first channel C1 is ??, and the resistance change rate of the second and third channels C2 and C3 is β.
도 3d를 참조하면, 상기 균열이 상기 제1채널(C1)을 통과하는 시점에는 상기 제1채널(C1)의 저항값은 다시 증가하며, 상기 균열이 접근하는 상기 제2채널(C2)의 저항값은 감소하는 것을 나타낸다. 상기 제2채널(C2)의 저항 변화율은 ??이고, 상기 제3,4채널(C3)(C4)의 저항 변화율은 β이며, 상기 제1채널(C1)의 저항 변화율은 α이다. Referring to FIG. 3D, when the crack passes through the first channel C1, the resistance of the first channel C1 increases again, and the resistance of the second channel C2 to which the crack approaches is increased. The value indicates decreasing. The resistance change rate of the second channel C2 is ??, the resistance change rate of the third and fourth channels C3 and C4 is β, and the resistance change rate of the first channel C1 is α.
도 3e를 참조하면, 상기 균열이 상기 제1채널(C1)을 통과하여 계속해서 진전하면, 상기 제1채널(C1)의 저항값은 계속해서 선형적으로 증가한다.Referring to FIG. 3E, as the crack continues to progress through the first channel C1, the resistance value of the first channel C1 continues to increase linearly.
상기와 같이, 상기 균열의 진전 방향으로 서로 소정간격 이격되게 복수의 채널들을 형성하고, 상기 복수의 채널들에서 각각 저항값을 측정하면, 균열 진전에 따라 상기 복수의 채널들에서 측정된 저항 변화율이 달라지는 것을 알 수 있다.As described above, when a plurality of channels are formed to be spaced apart from each other by a predetermined interval in the direction of crack growth, and the resistance values are respectively measured in the plurality of channels, the resistance change rate measured in the plurality of channels according to the crack propagation is increased. You can see that it is different.
따라서, 상기 저항 변화율은 변형률에 따라 달라지며, 상기 변형률과 상기 저항변화율에 대한 관계식을 데이터베이스로 구축하면, 추후 상기 저항 변화율을 알면 상기 변형률을 구할 수 있다.Therefore, the resistance change rate varies depending on the strain rate, and when the relation between the strain rate and the resistance change rate is constructed in a database, the strain rate can be obtained by knowing the resistance change rate later.
상기 변형률을 알면, 상기 수학식 3으로부터 응력을 산출할 수 있다. Knowing the strain, the stress can be calculated from Equation (3).
상기와 같은 방법으로 응력 분포도를 나타낼 수 있으므로, FEM을 대체하여 사용할 수 있다. Since the stress distribution can be represented by the above method, it can be used in place of FEM.
상기 응력 분포도가 표시되면, 균열의 유무나 균열의 진전 상태를 확인할 수 있다.
When the stress distribution diagram is displayed, it is possible to confirm the presence or absence of cracks and the state of crack development.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
10: 탄소섬유강화플라스틱 구조물
11,12,13,14: 상부 전극
15,16,17,18: 하부 전극10: carbon fiber reinforced plastic structure
11, 12, 13, 14: upper electrode
15,16,17,18: lower electrode
Claims (8)
실험을 통해 복수의 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물들에 굽힘, 인장, 전단 및 박리 중 적어도 하나의 변형모드를 가하고, 상기 변형모드마다 상기 채널들에서 응력과 변형율에 따른 전기 저항값을 측정하여, 상기 변형모드마다 상기 변형율과 저항 변화율의 관계를 나타내는 저항-변형률 관계식을 도출하여, 데이터베이스로 구축하는 단계와;
응력 진단시, 사용자는 응력을 진단하고자 하는 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 형상정보, 탄성계수, 상기 변형모드를 변수로 입력하는 단계와;
제어부는 상기 데이터베이스로부터 상기 변형모드에 대한 상기 저항-변형률 관계식을 찾아내는 단계와;
상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 내부에 형성된 상기 복수의 채널들에 대해 전기 저항값을 각각 측정하는 단계와;
상기에서 측정한 전기 저항값을 상기 저항-변형률 관계식에 대입하여, 상기 채널들에서 변형율을 산출하는 단계와;
상기 채널들에서 변형율을 산출하면, 상기 변형율과 상기 탄성계수를 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력과 변형율의 관계식에 대입하여, 상기 채널들의 위치에서 응력을 산출하는 단계와;
상기 채널들의 위치에서 산출된 응력을 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물 내부의 응력 분포로 나타내는 단계를 포함하는 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력 진단 방법.In the method for diagnosing stress of a carbon fiber reinforced plastic structure having a plurality of electrodes are laminated to a plurality of carbon fiber reinforced plastic sheets, and a plurality of electrodes to form a plurality of channels in a position spaced apart from each other at a predetermined interval from the inside ,
By applying a deformation mode of at least one of bending, tensioning, shearing and peeling to the plurality of carbon fiber reinforced plastic structures through an experiment, and measuring the electrical resistance value according to the stress and strain in the channels for each deformation mode, Deriving a resistance-strain relationship representing a relationship between the strain rate and the resistance change rate for each deformation mode and constructing a database;
In the stress diagnosis, the user inputs shape information, elastic modulus, and deformation mode of the carbon fiber reinforced plastic structure to be diagnosed as a variable;
The control unit finding the resistance-strain relationship for the strain mode from the database;
Measuring an electrical resistance value for each of the plurality of channels formed in the carbon fiber reinforced plastic structure;
Calculating strain in the channels by substituting the measured electrical resistance value into the resistance-strain relationship;
Calculating strain in the channels, substituting the strain and elastic modulus into a relationship between stress and strain of the carbon fiber reinforced plastic structure to calculate stress at the positions of the channels;
And representing the stress calculated at the positions of the channels as a stress distribution inside the carbon fiber reinforced plastic structure.
상기 입력 단계에서 상기 변형모드가 복수개가 입력되면,
상기 제어부는, 상기 데이터베이스로부터 상기 입력된 변형모드들에 대한 각각의 복수의 저항-변형률 관계식들을 찾아내어 조합하여, 상기 복수의 변형모드들에 대한 하나의 저항-변형률 관계식으로 재산출하는 단계를 더 포함하는 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력 진단 방법.The method according to claim 1,
When a plurality of the deformation modes are input in the input step,
The controller may be further configured to find and combine the plurality of resistance-strain relations for the input deformation modes from the database and recalculate the resistance-strain relations for the plurality of deformation modes. Stress diagnosis method of carbon fiber reinforced plastic structure comprising.
상기 재산출하는 단계에서는,
상기 입력단계에서 입력된 형상 정보를 이용하여, 상기 복수의 변형모드들이 각각 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 변형에 미치는 가중치를 산출하고,
상기 입력된 변형모드들에 대한 복수의 저항-변형률 관계식들에 상기 가중치를 각각 적용하여, 하나의 저항-변형률 관계식으로 조합하는 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력 진단 방법.The method according to claim 2,
In the reclaiming step,
Using the shape information input in the input step, the weight of the plurality of deformation modes to the deformation of the carbon fiber reinforced plastic structure, respectively,
And applying the weights to the plurality of resistance-strain relations for the input strain modes, respectively, and combining the weights into one resistance-strain relation.
상기 제어부는, 상기 복수의 채널들 중에서 압축 응력이 나타나는 채널을 균열 직전 채널로 검출하고,
상기 균열 직전 채널의 검출시 상기 균열 직전 채널의 위치 정보로부터 상기 균열의 위치를 도출하는 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력 진단 방법.The method according to claim 1,
The controller detects a channel in which compressive stress appears among the plurality of channels as a channel just before cracking,
And a method for diagnosing stress of the carbon fiber reinforced plastic structure which derives the position of the crack from the position information of the channel immediately before the crack when the channel immediately before the crack is detected.
상기 제어부는, 상기 복수의 채널들 중에서 인장 응력이 설정 비율 이상으로 증가하는 채널을 균열 팁이 위치한 균열 팁 채널로 검출하고,
상기 균열 팁 채널의 위치 정보로부터 상기 균열의 위치를 도출하는 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력 진단 방법.The method according to claim 1,
The control unit detects a channel in which a crack tip is located as a crack tip channel in which a tensile stress of the plurality of channels increases by more than a set ratio,
Stress diagnosis method of the carbon fiber reinforced plastic structure for deriving the position of the crack from the position information of the crack tip channel.
실험을 통해 복수의 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물들에 굽힘, 인장, 전단 및 박리 중 적어도 하나의 변형모드를 가하고, 상기 변형모드마다 상기 채널들에서 응력과 변형율에 따른 전기 저항값을 측정하여, 상기 변형모드마다 상기 변형율과 저항 변화율의 관계를 나타내는 저항-변형률 관계식을 도출하여, 데이터베이스로 구축하는 단계와;
응력 진단시, 사용자는 응력을 진단하고자 하는 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 형상정보, 탄성계수, 상기 복수의 변형모드들을 변수로 입력하는 단계와;
제어부는, 상기 입력단계에서 입력된 형상 정보를 이용하여, 상기 복수의 변형모드들이 각각 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 변형에 미치는 가중치를 산출하고, 상기 데이터베이스로부터 상기 입력된 변형모드들에 대한 복수의 저항-변형률 관계식들을 찾아내어 상기 가중치를 적용하여 저항-변형률 관계식으로 조합하여, 상기 복수의 변형모드들에 대한 하나의 저항-변형률 관계식을 도출하는 단계와;
상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 내부에 형성된 상기 복수의 채널들에 대해 저항 변화를 각각 측정하는 단계와;
상기에서 측정한 전기 저항 변화를 상기 저항-변형률 관계식에 대입하여, 상기 채널들에서 변형율을 산출하는 단계와;
상기 채널들에서 변형율을 산출하면, 상기 변형율과 상기 탄성계수를 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력과 변형율의 관계식에 대입하여, 상기 채널들의 위치에서 응력을 산출하는 단계와;
상기 채널들의 위치에서 산출된 응력을 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물 내부의 응력 분포로 나타내는 단계와;
상기 제어부는, 상기 복수의 채널들 중에서 압축 응력이 나타나는 채널을 균열 직전 채널로 검출하고, 상기 복수의 채널들 중에서 인장 응력이 설정 비율 이상으로 증가하는 채널의 위치를 균열 팁이 위치한 균열 팁 채널로 검출하고, 검출된 채널의 위치 정보로부터 상기 균열의 위치를 도출하는 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력 진단 방법.In the method for diagnosing stress of a carbon fiber reinforced plastic structure having a plurality of electrodes are laminated to a plurality of carbon fiber reinforced plastic sheets, and a plurality of electrodes to form a plurality of channels in a position spaced apart from each other at a predetermined interval from the inside, ,
By applying a deformation mode of at least one of bending, tensioning, shearing and peeling to the plurality of carbon fiber reinforced plastic structures through an experiment, and measuring the electrical resistance value according to the stress and strain in the channels for each deformation mode, Deriving a resistance-strain relationship representing a relationship between the strain rate and the resistance change rate for each deformation mode and constructing a database;
In the stress diagnosis, the user inputs shape information, elastic modulus, and the plurality of deformation modes of the carbon fiber reinforced plastic structure to be diagnosed as a variable;
The controller calculates weights of the plurality of deformation modes on the deformation of the carbon fiber reinforced plastic structure, respectively, by using the shape information input in the input step, and controls the plurality of deformation modes for the input deformation modes from the database. Finding resistance-strain relations and applying the weights to combine resistance-strain relations to derive one resistance-strain relation for the plurality of strain modes;
Measuring a resistance change for each of the plurality of channels formed in the carbon fiber reinforced plastic structure;
Calculating strain in the channels by substituting the measured electrical resistance change into the resistance-strain relationship;
Calculating strain in the channels, substituting the strain and elastic modulus into a relationship between stress and strain of the carbon fiber reinforced plastic structure to calculate stress at the positions of the channels;
Representing the stress calculated at the location of the channels as a stress distribution within the carbon fiber reinforced plastic structure;
The control unit detects a channel in which compressive stress appears among the plurality of channels as a channel just before cracking, and converts a position of a channel in which the tensile stress increases above a predetermined ratio among the plurality of channels as a crack tip channel having a crack tip. And detecting and deriving the position of the crack from the position information of the detected channel.
상기 복수의 전극들에 각각 연결된 전선들과;
상기 복수의 채널들의 저항 변화를 측정하는 저항측정모듈과;
상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물들에 가해지는 굽힘, 인장, 전단 및 박리를 포함하는 변형모드에 따라 상기 채널들에서 측정된 변형율과 저항 변화율의 관계를 나타내는 저항-변형률 관계식이 저장된 데이터베이스와;
상기 저항측정모듈에서 저항 변화를 측정하면, 상기에서 측정한 전기 저항 변화를 상기 저항-변형률 관계식에 대입하여, 상기 채널들에서 변형율을 산출하고, 상기 변형율과 탄성계수를 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 응력과 변형율의 관계식에 대입하여, 상기 채널들의 위치에서 응력을 산출하고, 상기 산출된 응력에 따라 균열의 진전을 판단하는 제어부를 포함하는 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 균열 진전을 감지하는 시스템. A plurality of electrodes provided to form a plurality of channels therebetween at positions spaced apart from each other at upper and lower sides of the carbon fiber reinforced plastic structure formed by stacking a plurality of carbon fiber reinforced plastic sheets;
Wires connected to the plurality of electrodes, respectively;
A resistance measuring module measuring a change in resistance of the plurality of channels;
A database storing a resistance-strain relationship representing a relationship between strain and resistance change measured in the channels according to deformation modes including bending, tension, shear and peeling applied to the carbon fiber reinforced plastic structures;
When the resistance change is measured in the resistance measurement module, the electrical resistance change measured above is substituted into the resistance-strain relationship equation to calculate strain in the channels, and the strain and modulus of elasticity of the carbon fiber reinforced plastic structure And a control unit that calculates a stress at the positions of the channels and substitutes a relationship between stress and strain, and determines crack propagation according to the calculated stresses.
상기 채널들의 위치에서 산출된 응력을 상기 탄소섬유강화플라스틱 구조물 내부의 응력 분포로 나타내는 디스플레이부를 포함하는 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 균열 진전을 감지하는 시스템. The method according to claim 7,
And a display unit representing the stress calculated at the positions of the channels as a stress distribution inside the carbon fiber reinforced plastic structure.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170178259A KR101964880B1 (en) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | System and method for diagnosing crack propagation of CFRP structures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170178259A KR101964880B1 (en) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | System and method for diagnosing crack propagation of CFRP structures |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101964880B1 true KR101964880B1 (en) | 2019-08-07 |
Family
ID=67621555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170178259A KR101964880B1 (en) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | System and method for diagnosing crack propagation of CFRP structures |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101964880B1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220011455A (en) * | 2020-07-21 | 2022-01-28 | 울산과학기술원 | Method of classifying damage type for composite using machine learning |
| KR102510547B1 (en) * | 2021-09-17 | 2023-03-16 | 울산과학기술원 | Neural network based prognostic and health management using neural network, and thereof |
| KR20230041396A (en) * | 2021-09-17 | 2023-03-24 | 울산과학기술원 | Physics based prognostic and health management of carbon fiber composites using particle filter and apparatus thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050040888A (en) * | 2005-03-28 | 2005-05-03 | 지광습 | Method for measuring tensile force of tendons for structures and method for manufacturing of tendons for structures |
| KR20080104791A (en) * | 2007-05-29 | 2008-12-03 | 한국표준과학연구원 | Tensile strain measuring method and device using carbon nanotube |
| KR101206566B1 (en) * | 2010-11-11 | 2012-11-29 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | Nanocomposite strain measuring system and strain measuring method using the same |
| KR101610710B1 (en) | 2014-09-03 | 2016-04-11 | 세종대학교산학협력단 | Self-detecting method for crack and damage with self-detecting hybrid fiber reinforced cement composite and self detecting system thereof |
| KR101805775B1 (en) * | 2016-07-28 | 2017-12-07 | 울산과학기술원 | Sensor sheet of modulus measurement apparatus, modulus measurement apparatus, modulus measurement apparatus for robot, and measurement method of the same |
-
2017
- 2017-12-22 KR KR1020170178259A patent/KR101964880B1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050040888A (en) * | 2005-03-28 | 2005-05-03 | 지광습 | Method for measuring tensile force of tendons for structures and method for manufacturing of tendons for structures |
| KR20080104791A (en) * | 2007-05-29 | 2008-12-03 | 한국표준과학연구원 | Tensile strain measuring method and device using carbon nanotube |
| KR101206566B1 (en) * | 2010-11-11 | 2012-11-29 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | Nanocomposite strain measuring system and strain measuring method using the same |
| KR101610710B1 (en) | 2014-09-03 | 2016-04-11 | 세종대학교산학협력단 | Self-detecting method for crack and damage with self-detecting hybrid fiber reinforced cement composite and self detecting system thereof |
| KR101805775B1 (en) * | 2016-07-28 | 2017-12-07 | 울산과학기술원 | Sensor sheet of modulus measurement apparatus, modulus measurement apparatus, modulus measurement apparatus for robot, and measurement method of the same |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220011455A (en) * | 2020-07-21 | 2022-01-28 | 울산과학기술원 | Method of classifying damage type for composite using machine learning |
| KR102393044B1 (en) | 2020-07-21 | 2022-05-02 | 울산과학기술원 | Method of classifying damage type for composite using machine learning |
| KR102510547B1 (en) * | 2021-09-17 | 2023-03-16 | 울산과학기술원 | Neural network based prognostic and health management using neural network, and thereof |
| KR20230041396A (en) * | 2021-09-17 | 2023-03-24 | 울산과학기술원 | Physics based prognostic and health management of carbon fiber composites using particle filter and apparatus thereof |
| KR102517003B1 (en) | 2021-09-17 | 2023-04-03 | 울산과학기술원 | Physics based prognostic and health management of carbon fiber composites using particle filter and apparatus thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102145246B1 (en) | System and method of predicting damage of carbon fiber composites | |
| KR101964880B1 (en) | System and method for diagnosing crack propagation of CFRP structures | |
| KR101961408B1 (en) | Monitoring method of CFRP damage | |
| Yu et al. | Tests on cracked steel plates with different damage levels strengthened by CFRP laminates | |
| KR101665086B1 (en) | Structural health monitoring system using carbon fiber grid | |
| WO2010080196A2 (en) | Path-dependent cycle counting and multi-axial fatigue evaluation of engineering structures | |
| Li et al. | Seismic testing and modeling of cylindrical electrical equipment with GFRP composite insulators | |
| Massarwa et al. | Mechanical behavior and failure of glass/carbon fiber hybrid composites: Multiscale computational predictions validated by experiments | |
| KR101978467B1 (en) | Sensor and method for detecting crack propagation of CFRP structures | |
| Leone et al. | Progressive damage analysis of post-buckled stiffened panels under static compressive loading | |
| CN104180823B (en) | A kind of temperature compensation and device | |
| US20200198800A1 (en) | Fiber Composite Component Having An Integrated Structural Health Sensor Arrangement | |
| KR102053827B1 (en) | Damage Diagnosis System of Structures Using Composite Materials and Diagnosis Method | |
| KR102472536B1 (en) | Method of selecting design parameter for composite sensor using machine learning | |
| CN105183953B (en) | Determine the stiffened panel crushing stress influence factor and the method for calculating reinforcement sheet-pile intensity | |
| Fukunaga et al. | Stiffness and damage identification of laminated plates using static deflection | |
| CN105352445A (en) | Unilateral clamped plate structure deformation optical fiber mode identification system and calibration method and application | |
| CN105954363B (en) | A kind of composite material layer detection method | |
| KR102141909B1 (en) | Tow scale sensor in nonconductive composites and detecting method of failure using the same | |
| EP4039971A1 (en) | Wind turbine rotor blade | |
| KR102359901B1 (en) | Method of detecting the location of damage for composite according to fiber types using machine learning | |
| Memmolo et al. | Sensor integration within composite structures for continuous load monitoring | |
| US11654611B2 (en) | Stress monitoring of 3D-printed building structures | |
| CN112632737B (en) | Method and device for determining neutral axis of embedded part | |
| KR20230097781A (en) | Damage sensing system for electro conductive sandwich panel and method |