Debonding failure characteristics of several composite bonded structures were investigated and failure prediction methods of the corresponding structures were also presented in this study. For this purpose, three kinds of specimens, that is, single lap joints, skin-stiffener joints and stiffened panels were experimentally and numerically analyzed. Various bonding methods such as secondary bonding, co-curing with and without adhesive, and co-bonding were considered. Bondline thickness, surface roughness and fillets were considered as secondary bonding parameters. Effects of open and closed type stiffeners were also assessed. The experiments and numerical results of the single lap joints showed that the joint strengths were not always proportionate to material and adhesion strength of the adhesive due to weakness of delamination failure in composite material. The failure mode and strength were very well predicted by the proposed method. A new technique for strength improvement of the single lap joint was proposed and verified by tests. The debonding and postbuckling failure characteristics of the skin-stiffener specimens and the stiffened panels were experimentally investigated. Effects of the bonding methods and other parameters were studied. Prevention of separation failure was very important for better postbuckling failure strength of the stiffened panels. The open type stiffener with smaller lateral bending stiffness helped prevention of the separation failure. Critical values of the separation failure were obtained for various failure modes by using experimental and numerical results of the skin-stiffener specimens. The failure predictions of the stiffened panels with various bonding methods and two stiffener types were performed considering in-plane composite failure as well as the separation failure. The failure prediction results showed good agreements with test results in both of failure mode and strength.
본 논문에서는 몇 가지 접합된 복합재료 구조물에 대해 파손 특성을 조사하고 해당 구조물에 적합한 접합 방법 및 파라미터를 제시하였다. 또한 접합 구조물의 분리 파손을 예측할 수 있는 방법을 제시하였다. 이를 위해, 단일 겹치기 조인트, skin-stiffener 시편, 복합재 보강패널의 세 가지 구조에 대한 시험 및 수치해석을 수행하였다. 이들 구조에 대해 이차접합, 접착제 없는 동시 성형, 접착제를 사용한 동시성형, 동시접합의 다양한 접합 방법을 고려하였다. 이차 접합 파라미터로는 접착제 두께, 표면 조도 및 fillet을 고려하였다. Open형 및 closed형의 보강재 단면 형상의 영향도 평가하였다. 단일 겹치기 접합 조인트에서는 시험 및 파손 예측을 통해 접착제의 접착강도와 조인트 강도가 항상 비례하지 않음을 보였다. 단일 겹치기 접합조인트의 파손 예측을 통해 임계 파손모드와 파손하중을 동시에 정확하게 계산하였다. 또한 접합 조인트의 강도를 향상시킬 수 있는 방법을 제안하고 시험으로 검증하였다. 복합재 보강패널 및 skin-stiffener 시편의 시험을 통해 복합재 보강패널의 분리파손 특성 및 좌굴 후 파손 특성을 상세히 살펴보았으며 접합방법 및 다양한 파라미터의 영향을 조사하였다. 보강패널의 좌굴 후 강도의 향상을 위해서는 분리파손을 방지하는 것이 중요하였으며 이를 위해서는 스킨의 좌굴 변형에 대한 보강재의 횡방향 강성을 감소시키는 것이 효과적이었다. Skin-stiffener 시편의 시험 및 수치해석을 통해, 다양한 파손모드에 대한 임계파손 허용치를 구하였다. 몇 가지 접합 방법 및 보강재 형상을 갖는 복합재 보강패널에 대해 면내 파손뿐만 아니라 분리파손을 고려한 파손 해석을 수행하였다. 이를 통해 보강패널에서 분리파손의 발생여부 및 분리파손으로 인해 감소된 최종 파손 강도를 잘 예측할 수 있었다.
