소재강국 실현을 위한 FRONTIER. 재료 전문 종합연구기관.

복합재료연구본부

복합재료연구본부

실장 문진범

연구실 소개

복합재료 구조시스템 연구실은 복합재 구조 설계, 해석, 시험평가 기술을 기반으로 고성능 섬유강화 복합재 구조 관련 연구개발 업무를 수행하고 있습니다. 최근에는 해상풍력용 5MW급 초대형 복합재 블레이드 개발, 원심분리기용 100만 G-force 초고속 회전체 개발, 700bar 초고압 수소저장용기 개발, 스텔스 복합재 구조체 개발 등 경량화와 극한성능 또는 특정기능 구현을 위한 고성능 복합재 구조시스템 개발에 주력하고 있습니다. 뿐만 아니라 국내 ‘탄소섬유 복합재 대규모 수요창출’을 위한 자동차용 복합재 분야의 산업 발전을 위해 자동차용 복합재 구조 설계/해석, 시험평가 중심의 전주기적 기술 개발을 위해 노력하고 있습니다.
또한 풍력 분야에 특화된 활동을 위해 풍력핵심기술연구센터를 하부조직으로 설치하여 풍력 블레이드 기술개발과 기업지원, 전문인력양성 등의 주요 기능도 수행하고 있습니다. 전북 부안에 설치 운영 중인 풍력시험동은 그간의 성공적인 운영 실적과 신뢰성 있는 시험평가 기술을 인정받아 산업부로부터 국가 유일의 “대형 풍력부품 성능검사기관”으로 지정받았으며, KOLAS 인정을 획득함으로써 아시아 최대 규모의 ‘국제공인시험기관’ 자격을 갖추게 되었습니다. 한편 빠르게 대형화 되는 풍력 터빈의 시험 수요에 대응하여 7MW급 풍력 블레이드의 시험설비 확충 사업을 진행 중이며, 풍력 블레이드 시험인증 기술의 국제 표준 선도를 위해 풍력 블레이드 시험기술을 고도화하는 연구 과제를 수행하여 세계에서 가장 진보적인 이축 공진 피로시험 기술을 개발하고 있습니다.

055-280-3263

주요 실적

풍력시험동 7MW급 확장사업 (풍력 성능검사기관 고도화사업) 추진
풍력 블레이드 구조시험 KOLAS 인정 획득 (‘국제공인시험기관’ 자격) 및 산업부 지정 “대형 풍력부품 성능검사기관” 인정 획득
Multi-MW급 블레이드 국제 인증 획득 시험 및 인증 획득 (국제인증 획득 1건)
세계 최고수준의 진보된 이축 공진 피로시험 기술 개발 완료 (SCI 논문 2건, 관련특허 출원/등록 8건 누적)

주요 연구분야

신재생 에너지(풍력, 수소저장) 구조용 복합재 기술
구조 복합재의 저속/고속 충돌 해석 및 기계적 특성 평가 기술
풍력 블레이드 구조 정적시험/피로시험 기술
전파흡수구조 설계/제조 및 평가기술
자동차용 복합재 차체 구조 설계/해석, 시험평가 기술

연구개발 추진실적

대형 풍력 블레이드 피로시험기술 개발

[과제 소개]

  • 대형 풍력 블레이드에 대한 현행 단축 공진 피로시험 기술의 한계를 극복하고 세계 최고 수준의 블레이드 인증 시험 기술 개발

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 공진 피로 시험 시뮬레이션 기술 및 제어/모니터링/분석 기술 개발
  • 세계 최초 이축 공진 피로시험 기술 개발 및 수행
    • 이축 공진 피로시험 기술을 인증시험에 세계 최초로 적용, 인증시험 수행
    • 3MW ClassII 블레이드 이축 피로시험 완료: 길이 56 m, 무게 14.4 ton
    • 블레이드 피로시험 수행을 통해 현행 블레이드 설계/해석, 제조기술의 문제점 도출 및 개선과 블레이드 기술력 제고
  • 국제인증기관 DEWI-OCC : 세계1등 기술로 추천
블레이드 이축 공진 피로시험 거동

풍력부품 성능검사기관 고도화 (7MW급)

[과제 소개]

  • 풍력 핵심부품 성능평가 시험장비 증설 및 시험동 확장 사업 (기존:5MW급 → 증설: 7MW급)

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 자체기술로 세계 최고수준의 7MW급 대형 풍력 블레이드 시험장비 개발
    • 수직 정하중시험 적용 가능한 7MW급 블레이드 고정시스템 설계완료
    • 이축 피로시험 가능한 고강성 경량화 가진장비 개발 완료
  • 요구하중, 시험진폭 예측 등 7MW급 대형 블레이드 시험용 시험동 구축 기술
증축된 시험동 외관(좌: 기존건물, 우: 증축건물)
7MW급 유압작동식 블레이드 고정시스템

대형 블레이드를 위한 카본파이버 적용 블레이드 기술 개발 및 실증

[과제 소개]

  • 블레이드 설계/해석 기술 체계화 및 고도화를 통한 3MW급 탄소섬유 블레이드 개발

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 자체기술로 개발된 "BIMS" 프로그램 (통합 블레이드 설계/해석 프로그램) 업그레이드
    • 빔 섹션 물성 산출을 위한 "CASA" 프로그램을 개발하여 "BIMS" 프로그램에 연계함으로써 블레이드 설계/해석 기술 고도화
  • 국내 최초 카본 블레이드 구조 설계/해석 지원
  • 이축 피로시험 경험을 바탕으로 한 블레이드 구조 설계 요구도 산출 및 개선사항 도출
BIMS 모델에서 외형 형상 및 적층 정보 추출
추출된 정보를 이용, 단면해석을 통한 section property 산출

향후 연구계획

  • 7MW급 초대형 풍력 블레이드 시험설비 기반 구축 및 기술 개발
  • 전자파 흡수 복합재 구조를 이용한 풍력터빈 레이더 간섭 회피 기술 개발
  • 초대형 풍력 블레이드 기술 개발 (모듈화 개념, 카본 블레이드, 열가소성 소재 응용 블레이드 기술)
  • 대형 풍력 블레이드 시험기술 고도화 (이축 피로시험 기술, 피로시험 시뮬레이션 기술, 손상검출 기술 개발)
  • 블레이드 검사 및 손상허용기준 구축 기술 개발 (비파괴 검사 기술, 열화상 카메라 검사 기술)
  • 수송기기 분야의 복합재 응용 기술 확대 (미래형 자동차, 경량화 차체 및 부품)