FBG 센서를 이용한 복합재료의 마이크로웨이브 성형 모니터링

초록

고속철도의 경우 표정속도 및 에너지효율 향상을 위해 차량 경량화가 이슈로 대두되면서 고성능의 경량소재인 복합재료의 적용연구가 진행되고 있다. 최근 복합재료의 대량생산으로 소재가격이 낮아지고, 마이크로웨이브 성형 방법이 새롭게 제안되면서 성형시간 단축을 통한 성형비용의 경쟁력이 높아지고 있다. 마이크로웨이브를 이용한 고품질의 복합재료 성형을 위해서는 재료 특성에 맞는 성형 사이클 최적화가 필요하고 이를 위해 성형과정에 대한 모니터링이 요구된다. 일반적으로 복합재료의 성형 모니터링에는 금속으로 구성된 열전대가 주로 이용되었으나 마이크로웨이브 성형 모니터링에는 적용성이 매우 낮다. 따라서, 본 연구에서는 EMI에 대해 영향이 없는 FBG 센서를 이용하여 직조형 탄소섬유 복합재료의 마이크로웨이브 성형 모니터링을 수행하였다. 시편에 두 종류의 FBG 센서(변형률, 온도)를 삽입하여 성형 과정동안 시편에 부과된 변형률 및 온도 변화를 실시간으로 모니터링 하였다. 실험결과, 온도가 상승하고 유지되는 성형과정에서 수지유동 등의 영향으로 인장이 작용하였고, 냉각과정을 거치면서 위치에 따라 수십~수백με의 압축이 발생함을 확인하였다. 결론적으로, 본 실험을 통해 마이크로웨이브를 이용한 복합재료 성형 모니터링 시 FBG 센서의 유용성을 확인하였고 향후 성형 사이클의 최적화를 위한 기초자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

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