This thesis is concerned with tensile properties of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) fabricated by Resin Transfer Molding (RTM) and correlation of low velocity impact test and FE analysis. CFRP is new rising material for auto-body structures for its high strength, light weight, and decreasing price. Auto-body structure experiences the strain rates up to several hundreds per second during car crash. In order to apply the CFRP panel into auto-body structures, it is critical to acquire the material properties of CFRP at various strain rates considering stacking sequences. The tensile test method is improved for acceptable test results. Test specimens are modified for high speed tensile tests of CFRP in order to achieve designated strain rates and eliminate the effect from unfavorable conditions of inhomogeneity of deformation. Various types of grip tab materials are employed for acceptable failure modes. Tensile tests have been carried out with Non-Crimp Fabric made by 50K high strength carbon fiber (NCF) and woven fabric made by a 2/2 twill pattern of 3K high strength carbon fiber (TWILL) with different stacking sequences of 0° and 90° unidirectional cases as well as [0$^\circ$C/90$^\circ$C] and [45$^\circ$C/-45$^\circ$C] symmetric cases. Digital Image Correlation (DIC) method and Force Equilibrium Grid Method (FEGM) are adopted for strain and stress measurement of a CFRP specimen during a tensile test. The material properties acquired indicate that the carbon fiber has little rate dependency while the epoxy matrix has remarkable rate hardening at strain rates from 0.001 $s^-1$ to 100 $s^-1$. In order to verify acquired material properties from tensile tests, low velocity impact test is conducted in order to figure out specific conditions of CFRP panels. FE analysis of CFRP is conducted in order to correlate material model of CFRP. Material models of NCF, TWILL, and MIXED type of CFRP specimen are optimized for successful FE anlysis.
본 학위논문은 Resin Transfer Molding (RTM)으로 제작된 Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP)의 인장 물성과 저속충돌시험과 유한요소해석의 상호 비교에 관한 내용이다. CFRP는 강도가 높고 가벼우며, 가격이 저렴해지고 있기 때문에 차체 구조 재료로 널리 쓰이기 시작했다. 차체 구조는 충돌 시 최대 변형률속도 수백 s-1 조건에서 변형한다. 따라서 CFRP의 차체 구조 적용을 위하여 다양한 변형률속도와 적층구조에 따른 물성 획득이 필요하다. 인장시험 방법은 적절한 파단 형상이 나올 수 있도록 개선되었다. CFRP 시편은 고속 인장 시험 시 목표 변형률속도에 도달할 수 있도록 하였고 섬유의 불균일성을 보완하고 균일 변형을 유도할 수 있도록 설계되었다. 두 가지의 CFRP 재료를 실험하였다. 첫 번째로 Non Crip Fabric (NCF) 50K 재료, 두 번째로 주자직 2/2 twill 패턴 3K 재료 (TWILL)이다. Digital Image Correlation (DIC) 방법과 Force Equilibrium Grid Method (FEGM) 방법이 활용되어 CFRP 시편의 인장 시험 결과를 분석하였다. 시험 결과 섬유의 변형률속도 민감도는 변형률속도 0.001 ~ 100 s-1 에서 거의 존재하지 않았으며 기지의 변형률속도 민감도는 매우 크게 존재하였다. 저속 충돌시험을 수행하여 CFRP 패널의 충돌 시험 결과를 분석하였다. 분석된 결과를 토대로 유한요소해석 결과와 일치하는 조건을 성공적으로 찾았다.
