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[국내논문] GUI를 이용한 특수강/복합재 이중구조 후육실린더 해석
Analysis of Steel/composite Cylinder by GUI Program 원문보기

복합재료 : 한국복합재료학회지 = Journal of the Korean Society for Composite Materials, v.25 no.4, 2012년, pp.126 - 132  

김치완 (부산대학교 항공우주공학과 대학원) ,  김위대 (부산대학교 항공우주공학과)

초록
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상용프로그램을 사용하여 복합재료 실린더를 설계할 때는 적층 각과 적층 수에 따른 node 수의 증가로 해석하는데 오랜 시간이 걸리기 때문에 본 논문은 LabVIEW를 사용하여 재료의 물성치, 적층각, 적층 수 등을 입력하여 빠른 시간에 응력분포를 구할 수 있는 GUI 프로그램을 개발하여 초기설계시 설계가능영역을 빠른 시간 내에 살펴볼 수 있도록 하였다. 자긴가공된 특수강 실린더의 응력분포와 내압을 받는 특수강/복합재 실린더의 응력분포는 MSC Nastrsn/Patran v.2010 사용하여 값을 비교하였고, 복합재료 실린더의 응력분포는 선행 연구된 값과 비교하여 검증하였다. 또한 프로그램을 사용하여 내압을 받는 자긴가공된 특수강/복합재 실린더의 응력분포를 살펴봄으로써 설계초기단계에서 경향성 검토를 쉽게 할 수 있어 초기설계에 유용하게 사용될 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

It is useful to have a quick analysis program in early design process for feasibility studies of composite cylinder because it takes long time and is not cost effective by commercial programs. In this paper, a GUI program is developed to calculate the stress distribution in a fast manner with the pr...

Keyword

#복합재료   #실린더   #내압   #자긴가공  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 특수강/복합재 이중구조 경량포열의 경우 LabVIEW를 사용하여 GUI(Graphic User Interface) 환경을 구축하여 모델링을 하지 않고 반지름, 특수강의 물성치, 복합재료 물성치, 적층 각, 적층 수 등의 값을 입력하면 각 층과 각 각도에 따른 응력분포를 상용프로그램보다 빠른 시간에 구할 수 있다. GUI 해석은 Tresca 자긴가공 이론식을 사용한 압축응력 분포[7]와 내압을 받는 복합재료 실린더의 응력분포[8-9], 내압을 받는 특수강/복합재 이중구조 후육실린더의 응력 값을 더하여 내압을 받는 자긴가공된 특수강/복합재 이중구조 실린더의 응력분포를 구하기 위해 수행되었다. 자긴도, 적층 수와 적층 각에 따른 응력분포 결과를 바탕으로 설계초기 단계에서 경향성 검토를 쉽게 할 수 있고 Parameter Study를 통하여 설계초기단계의 예비 설계를 쉽게 수행 할 수 있다.
  • 자긴가공된 특수강에 복합재료를 감고, 내압을 발생시키는 모델을 바탕으로 프로그램을 만든 것이다. 따라서 특수강에 자긴가공된 압축응력과 내압에 의한 특수강/복합재의 응력을 더하여 자긴가공된 특수강/복합재 실린더에 내압을 가했을 때의 응력분포를 Fig.
  • 이렇게 만들어진 경량 포열에 내압이 발생할 때 응력이 어디서, 어느 정도 발생하는가를 알고자 한다.

가설 설정

  • 양단이 뚫린 실린더의 경우 평면변형율상태 조건에 의하여 σz를 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자긴가공에 의해 발생되는 잔류응력의 크기에 영향을 주는 인자는 무엇이 있는가? 자긴가공은 두꺼운 압력관에 두께방향에 따라 소성변형을 일으킬 수 있을 정도의 내압을 작용시킨 후 압력을 제거하여 두께에 따른 비선형적인 탄성회복에 의하여 압축 잔류응력이 생성되는 방법이다. 자긴가공에 의해 발생되는 잔류응력의 크기는 재료의 항복강도, 가공경화 특성, 압력용기의 내⋅외경 비 등 여러 인자의 영향을 받는다. 내압 Pi를 받는 두꺼운 실린더가 Fig.
자긴가공이란 무엇인가? 따라서 높은 응력에 대한 안정성을 확보 하기 위해 잔류응력을 발생시켜 내경에서 균열의 생성, 진전을 효과적으로 막을 수 있는 자긴가공 방법이 사용된다. 자긴가공은 두꺼운 압력관에 두께방향에 따라 소성변형을 일으킬 수 있을 정도의 내압을 작용시킨 후 압력을 제거하여 두께에 따른 비선형적인 탄성회복에 의하여 압축 잔류응력이 생성되는 방법이다. 자긴가공에 의해 발생되는 잔류응력의 크기는 재료의 항복강도, 가공경화 특성, 압력용기의 내⋅외경 비 등 여러 인자의 영향을 받는다.
LabVIEW를 사용하여 GUI 해석을 수행함으로써 갖는 이점은? GUI 해석은 Tresca 자긴가공 이론식을 사용한 압축응력 분포[7]와 내압을 받는 복합재료 실린더의 응력분포[8-9], 내압을 받는 특수강/복합재 이중구조 후육실린더의 응력 값을 더하여 내압을 받는 자긴가공된 특수강/복합재 이중구조 실린더의 응력분포를 구하기 위해 수행되었다. 자긴도, 적층 수와 적층 각에 따른 응력분포 결과를 바탕으로 설계초기 단계에서 경향성 검토를 쉽게 할 수 있고 Parameter Study를 통하여 설계초기단계의 예비 설계를 쉽게 수행 할 수 있다.
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참고문헌 (9)

  1. Zhu, R., and Yang, J., "Autofrettage of thick cylinders," Inter-national Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 75, No. 6, May 1998, pp. 444-446. 

  2. Gao, X.L., "Elasto-plastic analysis of an internally pressurized thick-walled cylinder using a strain gradient plasticity theory," International Journal of Solids and Structures, Vol. 40, No. 23, Nov. 2003, pp. 6445-6455. 

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  3. Parker, A.P., "A Re-Autofrettage Procedure for Mitigation of Bauschinger Effect in Thick Cylinders," Journal of Pressure Vessel Technology, Vol. 126, No. 4, Nov. 2004, pp. 451-454. 

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  4. Chena, H.W., Sunb, H.K., and Liub, T.C., "Autofrettage analysis of fiber - reinforced composite tube structure incorporated with a SMA," Compos Struct, 89 2009, pp. 497-508. 

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  5. Lee, S.Y., "Finite Element Analysis of Filament Wound Cylinders," Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 23, No. 4, 1995, pp. 101-108. 

  6. Kim, J.H., Shim, W.S., Lee, Y.S., Cha, K.U., and Hong, S.K., "A Study on Residual Stress Analysis of Autofrettaged Thick-walled Cylinders," Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 26, No. 12, 2009, pp. 110-116. 

  7. Lee, K.K., and Kim, W.D., "Behavior and Optimization of Cylinder Applied by Composite Tape Wrapping Method," Journal of The Korean Society for Composite Materials, Vol. 24, No. 2, 2011, pp. 22-29. 

    원문보기 상세보기 crossref

  8. Xia, M., Kemmochi, K., and Takayanagi, H., "Analisys of Filament-wound fiber-reinforce sandwich pipe under combined internal pressure and thermomechanical loading," Compos Struct, 51, 2001, pp. 237-283. 

    상세보기 crossref

  9. Xia, M., Takayanagi, H., and Kemmochi, K., "Analysis of multi-layered Filament-wound composite pipes under internal pressure," Compos Struct, 53, 2001, pp. 483-491. 

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