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[국내논문] 복합재 블레이드의 1차원 보 모델링
One-Dimensional Beam Modeling of a Composite Rotor Blade 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.2 no.1, 2008년, pp.7 - 12  

이민우 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부) ,  배재성 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부) ,  이수용 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부) ,  이석준 ((주)한국항공우주산업) ,  전부일 ((주)한국항공우주산업)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The three-dimensional finite element modeling of a composite rotor blade is very hard and requires much computation effort. The efficient method to model a composite beam is necessary for the dynamic and aeroelastic analyses of rotor blades. In this study, the beam modeling method of a composite rot...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 본 논문에서는 티모셴코 빔 모델을 이용하여 연구를 진행했고, 3-D해석과정과 VABS의 1-D, 2-D과정을 수행하여 두 과정의 값(Displacement, Stress resultant)을 비교해 보기로 한다.
  • 본 연구에서는 단면계수를 계산하여 Beam 해석을 한 결과와 사용코드를 이용한 FEM해석 결과를 비교하였다. 먼저 일반 금속 재료(Al-alloy)를 이용한 직선 외팔보와, 복합재 로터 블레이드 등을 이용하여 각각의 변위와 스트레스를 비교하였다.
  • 본 연구에서는 단면계수를 계산하여 Beam 해석을 한 결과와 사용코드를 이용한 FEM해석 결과를 비교하였다. 먼저 일반 금속 재료(Al-alloy)를 이용한 직선 외팔보와, 복합재 로터 블레이드 등을 이용하여 각각의 변위와 스트레스를 비교하였다. 한 개의 단면정보를 이용하여 단면계수를 이용하여 변위와 스트레스를 계산하였고 두 경우 모두 결과가 잘 맞는 것을 확인할 수 있었다.

데이터처리

  • 위와 같은 조건을 이용하여 기본적으로 MSC. Software의 NASTRAN을 이용하여 정적 해석을 수행하였고, 검증 대상인 VABS를 통해 외팔 보의 단면정보를 이용하여 강성행렬을 계산한 값을 이용하여 NASTRAN의 Beam analysis로 해석하였으며, Lag방향과 Bending방향의 변위를 비교하였고 Fig. 3와 Fig. 4에서 보는 것처럼 만족할만한 결과를 주고 있다.
  • 앞의 다른 예제와 마찬가지로 위와 같은 조건을 이용하여 기본적으로 MSC. Software의 NASTRAN을 이용하여 정적 해석을 수행하였고, 검증 대상인 VABS를 통해 직선보의 단면정보를 이용하여 강성행렬을 계산하고 그 값으로 NASTRAN의 Beam analysis로 해석하였다. 모멘트를 가한 결과와 일반 힘을 가한 결과의 Lag방향과 Bending방향의 변위를 비교하였고, 축방향 길이와 코드길이의 비가 7:1이라는 점을 볼 때 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
선형 탄성론을 기초로 구조(framework)를 사용하여 일반적인 복합재 빔 단면 해석에 선구자 역할을 한 사람은 누구인가? 1980년대 중반부터 이 두 가지 문제점 해결에 발전이 있었다. Givatto(1983)[1]는 선형 탄성론을 기초로 구조(framework)를 사용하여 일반적인 복합재 빔 단면 해석에 선구자 역할을 했다. 비록 Borri와 Mantegazza(1985), Kosmatka와 Friedmann(1989)는 기하하적 비선형 문제라던지 휨 효과를 제대로 반영시키지 못했지만, 로터 블레이드의 동역학 비선형 문제에도 적용시켰다.
등방성 재료의 빔을 해석하는 이론을 복합재 빔에 적용시켰을때의 문제점은 무엇인가? 1940년대부터 1980년대 중반까지 쓴 빔이론 논문에 비추어보면 문제를 적용시키기가 매우 어려운 것을 알 수 있다. 첫 번째 어려움으로 3-D 재료 상수를 단면 계수 방정식에 적용하기 어렵다는 점이다. 옛 이론의 대부분이 이방성 물질의 탄성 커플링, 초기 틀어짐이나 곡률 같은 현상을 다룰 수 없다. 두 번째로 인장 해석과 같은 고등 이론들은 엔지니어적으로 적용시키기에 문제점이 있다.
일반적으로 복합재 로터 블레이드는 어떻게 구성되어 있는가? 이러한 유한요소법해석을 통해 복합재 로터 블레이드의 구조 거동과 비행기 날개의 휘어짐, 휘어짐 방지, 복합재로터 블레이드의 횡전단(transverse shear)거동 등 비고전 효과의 중요성을 이해하는데 도움을 준다. 일반적으로 복합재 로터 블레이드는 스킨, 스파, 허니컴, 에어포일 형태를 유지시켜주는 폼과 웨이트 밸런스, 결빙방지 장치, 에어포일 머리 부분의 부식 방지 캡 등과 같은 여러가지 구조물로 구성되어 있다. 로터 블레이드는 경량화와 고강도, 일체형 성형에 따른 제작편의와 성능향상이 요구되므로 다양한 복합재가 많이 사용되고 있다.
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