광섬유 센서를 이용한 철도차량 내장재용 복합재 패널 성형 모니터링

초록

복합소재는 최근 경량화에 적합한 특성으로 인하여 운송분야에 대한 적용이 확대되고 있다. 철도 분야 또한 운송 에너지 절감을 통한 효율 향상 및 비용 절감을 위하여 다양한 부품에 복합소재를 적용하고자 하는 연구 및 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다. 철도차량에 적용되는 복합소재의 경우, 형태 혹은 목적에 따라 다양한 성형 공법을 사용하고 있으며, 성형 공법에 따라 성형 과정에서 복합소재 내부에 발생하는 열과 응력 조건이 상이하다. 복합소재 성형 시 발생하는 열과 응력은 완성품의 성능에 영향을 미치는 중요한 요소이지만, 현재 철도차량 내장재용 복합소재의 경우 성형 이후 완성품에 대한 기계적 강도 측정과 같은 사후 평가 중심으로 성능 평가가 이루어지고 있으며, 성형 과정에서 복합소재 내부에 발생하는 열과 응력에 대한 데이터 측정 및 성능에 대한 영향 분석은 미비한 상황이다. 따라서, 본 연구에서는 철도차량 내장재에 적용되는 복합소재 패널 종류별로 성형과정에서 변형률과 온도에 대한 모니터링을 통해 성형 품질을 분석하였다. 구체적으로, 복합재 내부에 삽입이 용이한 광섬유 브래그 격자 센서를 이용하여 레진 인퓨전 공법으로 제작되는 라미네이트 패널과 진공 열성형 공법으로 제작되는 샌드위치 패널의 성형 과정동안 발생되는 온도 및 변형률 변화를 측정하였다. 또한, 성형 사이클 동안의 측정 결과 및 성형 종료 후의 잔류 변형률 값을 통해 각 성형 공법에 대한 성형 품질을 평가하였다. 향후, 본 연구 결과는 두 공법으로 제작되는 철도차량 내장재용 복합재 패널의 운용 과정에서의 기계적 특성 이해를 위한 기초 자료로 활용가능할 것으로 기대된다.