본 논문은 두 가지 주제로 구성된다. 첫 번째는 준정적 및 동적 하중을 받는 폼-코어 샌드위치 체결부의 풀아웃 시험 결과와 유한요소해석의 결과를 비교 연구하는 것이며, 두 번째는 복합재 샌드위치 판넬에 대한 고속충돌시험을 수행하고, 시험 결과와 수치해석 결과를 비교 연구하는 것이다.
샌드위치 체결부에 관한 첫 번째 주제에서는, 폼 코어 샌드위치 체결부의 다양한 파손모드를 연구하였다. 여러 개의 파손모드가 나타나지만 최초의 파손은 항상 코어의 전단파손이었다. 이 결과를 토대로 유추해볼 때, 샌드위치 구조물에서 가장 취약한 부분은 코어이며, 이 점이 실제 설계에서 고려되어야 함을 알 수 있다. 샌드위치 체결부의 초기 파손하중을 예측하기 위하여 사용된 유한요소해석 프로그램은 MSC사의 MARC이며, 점진
적 파손해석과 손상영역법을 사용하였다. 전자의 해석방법은 기본설계에 적합한 적합한 수준의 정확도를 보였고, 후자 즉 손상영역법을 사용할 경우 매우 정확한 초기 파손하중을 예측할 수 있었다.
두 번째 주제에서는 샌드위치 판넬에 대한 고속충돌시험을 수행하였다. 전자와 달리 폼-코어가 아닌 노멕스 하니콤 코어를 사용하였다. 시험에 사용된 충격체는 강구이며, 공기압을 이용하여 발사하는 방식이다. 충격체의 초기속도와 잔류속도는 ...
본 논문은 두 가지 주제로 구성된다. 첫 번째는 준정적 및 동적 하중을 받는 폼-코어 샌드위치 체결부의 풀아웃 시험 결과와 유한요소해석의 결과를 비교 연구하는 것이며, 두 번째는 복합재 샌드위치 판넬에 대한 고속충돌시험을 수행하고, 시험 결과와 수치해석 결과를 비교 연구하는 것이다.
샌드위치 체결부에 관한 첫 번째 주제에서는, 폼 코어 샌드위치 체결부의 다양한 파손모드를 연구하였다. 여러 개의 파손모드가 나타나지만 최초의 파손은 항상 코어의 전단파손이었다. 이 결과를 토대로 유추해볼 때, 샌드위치 구조물에서 가장 취약한 부분은 코어이며, 이 점이 실제 설계에서 고려되어야 함을 알 수 있다. 샌드위치 체결부의 초기 파손하중을 예측하기 위하여 사용된 유한요소해석 프로그램은 MSC사의 MARC이며, 점진
적 파손해석과 손상영역법을 사용하였다. 전자의 해석방법은 기본설계에 적합한 적합한 수준의 정확도를 보였고, 후자 즉 손상영역법을 사용할 경우 매우 정확한 초기 파손하중을 예측할 수 있었다.
두 번째 주제에서는 샌드위치 판넬에 대한 고속충돌시험을 수행하였다. 전자와 달리 폼-코어가 아닌 노멕스 하니콤 코어를 사용하였다. 시험에 사용된 충격체는 강구이며, 공기압을 이용하여 발사하는 방식이다. 충격체의 초기속도와 잔류속도는 자기센서를 사용하여 측정하였다. 시험에서 측정된 샌드위치 판넬의 관통속도는 143 m/s였다. 샌드위치 판넬의 관통속도를 예측하기 위하여 LS DYNA를 사용한 수치해석을 수행하였다. 샌드위치 판넬은 2차원 쉘 요소를 사용하여 모델링하였고, 충격체는 고체 요소를 사용하였다. 저속충돌시험을 통하여 해석방법에 대한 검증을 마친 후, 파손지수를 10으로 설정한 재료모델 58을 샌드위치 면재에 사용하였다. 노멕스 종이는 재료모델 54를 사용하였다. 하지만, 현재의 해석방법으로는 고속충돌 거동을 정확히 예측하지 못하였고, 해석으로 예측된 관통속도 85 m/s는 시험에서의 관통속도 143 m/s에 비하여 현저히 낮다.
복합재료가 동적 하중을 받을 경우 변형률 속도의 영향으로 인하여 재료의 인성이 증가하는 경우가 있다. 본 연구에서 이러한 효과를 고려하기 위해 기지와 관련된 강도값을 5배 증가시켜 보았으나 여전히 유한요소해석에 의한 관통속도가 낮게 나타났다. 1/4이 아닌 전체영역을 모두 모델링할 경우 1/4 모델과는 다른 결과가 나타났다. 따라서 충격점 근처에 있는 요소들에 가해지는 경계조건을 효과를 정확히 파악하기 위한 추가적인 연구가 필요한 실정이다.
본 논문은 두 가지 주제로 구성된다. 첫 번째는 준정적 및 동적 하중을 받는 폼-코어 샌드위치 체결부의 풀아웃 시험 결과와 유한요소해석의 결과를 비교 연구하는 것이며, 두 번째는 복합재 샌드위치 판넬에 대한 고속충돌시험을 수행하고, 시험 결과와 수치해석 결과를 비교 연구하는 것이다.
샌드위치 체결부에 관한 첫 번째 주제에서는, 폼 코어 샌드위치 체결부의 다양한 파손모드를 연구하였다. 여러 개의 파손모드가 나타나지만 최초의 파손은 항상 코어의 전단파손이었다. 이 결과를 토대로 유추해볼 때, 샌드위치 구조물에서 가장 취약한 부분은 코어이며, 이 점이 실제 설계에서 고려되어야 함을 알 수 있다. 샌드위치 체결부의 초기 파손하중을 예측하기 위하여 사용된 유한요소해석 프로그램은 MSC사의 MARC이며, 점진
적 파손해석과 손상영역법을 사용하였다. 전자의 해석방법은 기본설계에 적합한 적합한 수준의 정확도를 보였고, 후자 즉 손상영역법을 사용할 경우 매우 정확한 초기 파손하중을 예측할 수 있었다.
두 번째 주제에서는 샌드위치 판넬에 대한 고속충돌시험을 수행하였다. 전자와 달리 폼-코어가 아닌 노멕스 하니콤 코어를 사용하였다. 시험에 사용된 충격체는 강구이며, 공기압을 이용하여 발사하는 방식이다. 충격체의 초기속도와 잔류속도는 자기센서를 사용하여 측정하였다. 시험에서 측정된 샌드위치 판넬의 관통속도는 143 m/s였다. 샌드위치 판넬의 관통속도를 예측하기 위하여 LS DYNA를 사용한 수치해석을 수행하였다. 샌드위치 판넬은 2차원 쉘 요소를 사용하여 모델링하였고, 충격체는 고체 요소를 사용하였다. 저속충돌시험을 통하여 해석방법에 대한 검증을 마친 후, 파손지수를 10으로 설정한 재료모델 58을 샌드위치 면재에 사용하였다. 노멕스 종이는 재료모델 54를 사용하였다. 하지만, 현재의 해석방법으로는 고속충돌 거동을 정확히 예측하지 못하였고, 해석으로 예측된 관통속도 85 m/s는 시험에서의 관통속도 143 m/s에 비하여 현저히 낮다.
복합재료가 동적 하중을 받을 경우 변형률 속도의 영향으로 인하여 재료의 인성이 증가하는 경우가 있다. 본 연구에서 이러한 효과를 고려하기 위해 기지와 관련된 강도값을 5배 증가시켜 보았으나 여전히 유한요소해석에 의한 관통속도가 낮게 나타났다. 1/4이 아닌 전체영역을 모두 모델링할 경우 1/4 모델과는 다른 결과가 나타났다. 따라서 충격점 근처에 있는 요소들에 가해지는 경계조건을 효과를 정확히 파악하기 위한 추가적인 연구가 필요한 실정이다.
There are two main topics in the thesis. The first one relates to the test and finite element analysis of foam-based sandwich joints under quasi-static pull-out loading. The second contains the test and numerical analysis on the high velocity impact (dynamic loading) of a steel sphere on sandwich pa...
There are two main topics in the thesis. The first one relates to the test and finite element analysis of foam-based sandwich joints under quasi-static pull-out loading. The second contains the test and numerical analysis on the high velocity impact (dynamic loading) of a steel sphere on sandwich panels.
In the first topic, failure of foam-based sandwich joints was identified with several modes. The core shear failure, however, always corresponded to the first drop of loading curve. The core therefore becomes the critical part of the joints and should be considered in practical design. A finite element analysis using MSC.MARC was also conducted to predict the failure load of sandwich joints. Two methods were applied to predict the first drop of the sandwich joints: progressive failure analysis and the damage zone method. The former resulted in an acceptable prediction for a preliminary design, and the latter was shown to predict the first peak of loading curves very well.
The high velocity impact tests of sandwich panels were conducted in the second topic. Nomex honeycomb core was used in the manufacturing of the sandwich structures. A steel ball, pressured by an air tank, was pushed to hit the panels. During the test, initial and residual velocities of the impactor were measured using magnetic sensors. The ballistic velocity of the sandwich panels was experimentally found to be 143 m/s. In addition to the test, numerical analysis using LS DYNA was also performed to estimate the ballistic velocity of the sandwich panels. Shell elements were used in the finite element models of sandwich panels and solid elements were utilized for the impactor. After verification with a low velocity impact test, Material model 58 with damage exponent of 10 was applied to simulate the sandwich faces. Material model 54 was applied for the Nomex paper since it represented elastic perfectly plastic behavior of the material. The current analysis, however, could not predict well the behavior of the structures under high velocity impact. The ballistic velocity was predicted to be around 85 m/s which was much smaller than that in the test, 143 m/s.
The finite element model for high velocity impact seems to be weaker than the real structure even though a scale factor of 5 was applied to the matrix-related strength values to consider the strain rate effects which often strengthen the materials under dynamic loading. Full finite element model gave inconsistent results with the quarter model in low velocity range. More efforts must be done to understand the effects of boundary conditions on elements at the impact positions.
There are two main topics in the thesis. The first one relates to the test and finite element analysis of foam-based sandwich joints under quasi-static pull-out loading. The second contains the test and numerical analysis on the high velocity impact (dynamic loading) of a steel sphere on sandwich panels.
In the first topic, failure of foam-based sandwich joints was identified with several modes. The core shear failure, however, always corresponded to the first drop of loading curve. The core therefore becomes the critical part of the joints and should be considered in practical design. A finite element analysis using MSC.MARC was also conducted to predict the failure load of sandwich joints. Two methods were applied to predict the first drop of the sandwich joints: progressive failure analysis and the damage zone method. The former resulted in an acceptable prediction for a preliminary design, and the latter was shown to predict the first peak of loading curves very well.
The high velocity impact tests of sandwich panels were conducted in the second topic. Nomex honeycomb core was used in the manufacturing of the sandwich structures. A steel ball, pressured by an air tank, was pushed to hit the panels. During the test, initial and residual velocities of the impactor were measured using magnetic sensors. The ballistic velocity of the sandwich panels was experimentally found to be 143 m/s. In addition to the test, numerical analysis using LS DYNA was also performed to estimate the ballistic velocity of the sandwich panels. Shell elements were used in the finite element models of sandwich panels and solid elements were utilized for the impactor. After verification with a low velocity impact test, Material model 58 with damage exponent of 10 was applied to simulate the sandwich faces. Material model 54 was applied for the Nomex paper since it represented elastic perfectly plastic behavior of the material. The current analysis, however, could not predict well the behavior of the structures under high velocity impact. The ballistic velocity was predicted to be around 85 m/s which was much smaller than that in the test, 143 m/s.
The finite element model for high velocity impact seems to be weaker than the real structure even though a scale factor of 5 was applied to the matrix-related strength values to consider the strain rate effects which often strengthen the materials under dynamic loading. Full finite element model gave inconsistent results with the quarter model in low velocity range. More efforts must be done to understand the effects of boundary conditions on elements at the impact positions.
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