복합재 스카프 조인트에서의 마이크로 볼트 보강에 대한 타당성 연구

Abstract

스카프 접착 조인트를 마이크로 볼트로 보강하였을 때, 볼트의 보강효과를 얻을 수 있는지를 시험으로 연구하였다. 스카프 형상에 따른 조인트 보강효과를 확인하기 위해 3가지 스카프비(1/10, 1/20, 1/30)를 고려하였다. 접착면적에 따른 핀의 밀도를 동일하게 유지하기 위해, 1/10, 1/20, 1/30 스카프비를 가지는 조인트에 각각 16, 32,48개의 볼트를 보강하였다. 기준값을 획득하기 위해 접착제로만 체결된 조인트와 마이크로 볼트만 사용한 조인트에 대한 시험도 수행하였다. 시험 결과 접착제만 적용한 경우, 각 스카프비(1/10, 1/20, 1/30)에 따른 파손하중은 29.7,39.6, 44.8 kN로 나타났다. 마이크로 볼트로 보강한 경우 파손하중은 스카프비에 따라 각각 28.4, 37.2, 40.1 kN으로 나타났는데, 순수 접착 조인트 파손하중의 96, 94, 90%에 해당한다. 마이크로 볼트만 사용한 경우, 파손하중은 접착 조인트 인장강도의 13-25%에 불과하였다. 스카프비 1/10 조인트의 피로시험 결과 접착제와 볼트를 동시에 사용한 하이브리드 조인트의 피로강도가 접착제만 사용한 경우의 피로강도보다 증가하였지만, 증가율은 2-3%로 미미하였다. 본 연구를 통해 박리응력이 파손의 주원인이 되는 구조물에서와 달리, 전단응력이 파손의 주원인이 되는 스카프 조인트의 경우 마이크로 볼트의 보강효과는 나타나지 않는 것을 확인하였다.

The reinforcement effect of micro-bolt for a bonded scarf joint was investigated. Three scarf ratios of 1/10, 1/20, and 1/30 were considered to examine the effect of scarf patch configuration on joint strength. To maintain the same density of micro-bolt, 16, 32, and 48 bolts were installed in the scarf joint specimens with scarf ratios of 1/10, 1/20, and 1/30, respectively. Tests were also carried out on the joints that are bonded with only adhesive and that are fastened with only micro-bolts to obtain reference values. The average failure loads of the adhesive joints with scarf ratios of 1/10, 1/20, and 1/30 were 29.7, 39.6, and 44.8 kN, respectively. In case of micro-bolt reinforcement, the failure loads at the same scarf ratios were 28.4, 37.2, and 40.1 kN, respectively, which corresponds to 96, 94, and 90% of the pure adhesive joint failure loads. In the case of using only micro-bolts, the failure loads were only 13-25% of the average failure loads of pure adhesive joints. Fatigue test was also conducted for the joints with scarf ratio of 1/10. The results show that the fatigue strength of hybrid joints using both adhesive and micro-bolts together slightly increased compared to the fatigue strength of adhesive joint, but the rate of increase was small to 2-3%. Through this study, it was confirmed that the reinforcement effect of micro-bolt is negligible in the scarf joints where shear stress is dominating the failure, unlike in the structure where peel stress is dominant.