This study presents a novel shear test for evaluating the pure shear behavior of unidirectional and plain-woven carbon fiber reinforced plastics (CFRPs). The fixture was redesigned to reduce specimen slip and to suppress in-plane and out-of-plane rotations that commonly deteriorate the reliability of conventional shear tests. The proposed method was compared with the ±45° tensile test, the Iosipescu shear test, and the conventional V-notched rail shear test. Digital image correlation (DIC) confirmed that the modified fixture produced the most stable and uniform shear strain field in the gauge section. To analysis the stress distribution and the damage evolution, an advanced multi-scale finite element model was developed by considering multiple microscopic failure points candidates instead of a single fixed failure point. The redesignated shear test provided a higher failure strain and a clearer pure shear response than the conventional methods. The proposed experimental procedure and the advanced simulation framework provide a reliable basis for composite shear behavior.

본 연구에서는 일방향 및 평직 탄소섬유강화 복합재의 순수 전단 거동을 보다 안정적으로 평가하기 위하여 새로운 전단 시험법을 제안하였다. 제안된 시험장치는 기존 전단시험에서 발생하기 쉬운 시편 슬립, 면내 회전 및 면외 뒤틀림을 억제할 수 있도록 고정장치를 재설계하였다. 시험법의 타당성을 확인하기 위해 ±45° 인장 시험, Iosipescu 전단 시험, 기존 V-노치 레일 전단 시험과 결과를 비교하였다. DIC를 이용하여 시편 게이지부의 전단 변형률 분포와 면외 변형을 정량적으로 분석하였다. 실험에서 관찰된 손상 축적을 분석하기 위해 다중 파손 후보점을 고려하는 멀티스케일 유한요소해석 기법을 적용하였다. 재설계된 시험법이 시편 게이지부에서 가장 균일한 전단 거동 상태를 형성하는 것을 검증하였다. 제안된 시험절차와 해석기법은 복합재 전단 물성의 신뢰성 있는 평가 및 손상 메커니즘 해석에 유용한 기반을 제공한다.

Keywords: 탄소섬유강화 복합재(Carbon fiber reinforced plastic), V-노치 레일 전단 시험(V-notched rail shear test), 순수 전단 거동(Pure shear behavior), 디지털 이미지 상관법(Digital image correlation), 멀티스케일 해석(Multi-scale simulation)