선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
가설 설정
- 또한 설계 단계에서 구조해석 중 허니컴 샌드위치 패널을 단순화 하여 해석함으로써 해석 시간, 비용 등을 크게 줄일 수 있다. 주기적으로 반복하는 형태의 구조인 허니컴 샌드위치 패널을 asymptotic균질화를 통하여 단순한 판재의 형태로 가정할 수 있다. 이러한 주기적 구조의 유효강성은 빔, 판재 등의 해석에서도 종종 적용되었다.
- 현재까지 대부분의 위성구조체에 사용된 허니컴 샌드위치 패널의 구조적 물성치를 일반적이고 평균적인 값을 사용하였다. 즉 적층복합재로 가정하여 해석을 수행하였다. 그러나 구조의 특성상 샌드위치 구조는 일반적인 대표 물성치의 단일 값으로 표현되면 그 구조의 특성을 정확하게 표현하는데 한계가 있다.
제안 방법
- 기존의 연구를 통하여 허니컴 샌드위치 패널의 동적 거동을 정확하게 분석하는 것은 매우 어려운 해석임이 증명되었다.9-11 본 연구에서는 이러한 문제점을 극복하기 위하여 상당 유효 강성계수 값을 적용하여 위성의 진동 특성을 전산 해석하였고, 그 결과 값을 실제 위성의 FM (Flight Model) 모델의 진동시험 한 결과 값과 비교 검토 하였다. 위성은 발사체에 탑재된 위성체가 받는 극심한 진동, 충격 등의 환경에 대하여 위성의 구조 및 내부 전장 박스, 탑재체 등을 보호하기에 충분한 내구성을 가지고 있어야 한다.
- 따라서 본 연구에서는 이러한 점을 극복하기 위하여 asymptotic 균질화법을 적용하였다. Asymptotic 균질화법에 의해 등방성 재료인 알루미늄으로 제작된 허니컴 샌드위치 패널의 상당 유효강성 계수를 구하고 이것을 활용하여 위성의 랜덤진동 가진에 대한 동적 응답을 구하였다. 상당 유효강성 계수를 사용하여 계산한 값이 실제 진동시험에 의해서 얻은 응답 값과 매우 유사한 경향을 나타내었다.
- 그러나 구조의 특성상 샌드위치 구조는 일반적인 대표 물성치의 단일 값으로 표현되면 그 구조의 특성을 정확하게 표현하는데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 kalamkarov1, Saha2 등에 의해 제시된 asymptotic 균질화 모델링 기법을 사용하여 위성에 사용된 샌드위치 패널의 유효 상당 강성 계수들을 계산 하였고 그 결과를 사용하여 나로과학위성의 동적거동을 해석하였다. 나로과학위성은 2013년 1월 30일 고흥 나로우주센터에서 성공적으로 발사된 나로호에 탑재된 위성이며 현재 타원형 지구 저궤도를 돌면서 우주임무를 수행하고 있다.
- 이러한 응답 데이터를 기준으로 위성의 공진 주파수, 진동특성, 구조적 결함 등을 확인한다. 또한 해석 결과를 FEA 해석에 의한 응답과 비교 검토 함으로써 asymptotic 균질화법에 의한 상당 유효 강성계수의 적용에 대한 신뢰성을 검증한다.
- 이 위성과 같이 다수의 허니컴 샌드위치 구조로 된 복잡한 형상의 구조는 균질화를 통한 모델링의 단순화를 통하여 수치해석을 수행함으로써 모델링 및 해석 시간, 비용 및 결과의 정확성에 매우 큰 장점이 있다. 먼저 각 단위 셀의 영역을 Fig. 2에 나타낸 것과 같이 10개의 영역으로 나누고 각각의 영역에 대한 균질화를 통하여 전체 단위 셀 영역의 상당 유효 강성계수를 계산한다.
- 미분방정식을 간단하게 표현하기 위하여, 허니컴 구조의 한 부분의 박막 영역 Ω 을 η2에 일치하도록 좌표축을 변환한다.
- 본 연구에서는 asymptotic 균질화법에 의한 위성의 샌드위치 패널의 유효 상당 강성을 수식화하여 모델링하고, 이것을 활용하여 FEA 해석을 수행하였다. 모델링의 정확성을 검증하기 위하여 실제 진동해석 결과와 비교 검토하였다.
- 가속도 센서를 통하여 위성의 속도, 가속도, 증폭비 등의 데이터를 얻었다. 이러한 응답 데이터를 기준으로 위성의 공진 주파수, 진동특성, 구조적 결함 등을 확인한다. 또한 해석 결과를 FEA 해석에 의한 응답과 비교 검토 함으로써 asymptotic 균질화법에 의한 상당 유효 강성계수의 적용에 대한 신뢰성을 검증한다.
- FEA 해석을 위해서 샌드위치 패널은 대부분 쉘 요소로 모델링 된다. 현재까지 대부분의 위성구조체에 사용된 허니컴 샌드위치 패널의 구조적 물성치를 일반적이고 평균적인 값을 사용하였다. 즉 적층복합재로 가정하여 해석을 수행하였다.
대상 데이터
- 3에 나타낸 위성의 좌표축과 동일한 x, y, z 축으로 위성의 기저 어뎁터 부분이 가진 되었으며, 총 46개의 센서가 위성의 각 중요 부분에 부착되었다. 가속도 센서를 통하여 위성의 속도, 가속도, 증폭비 등의 데이터를 얻었다. 이러한 응답 데이터를 기준으로 위성의 공진 주파수, 진동특성, 구조적 결함 등을 확인한다.
- 나로과학위성은 100kg급의 소형위성으로서 기본적인 시스템 구성인 전력계, 통신계, 열-구조계, 자세제어계 등의 시스템을 갖추고 있을 뿐만 아니라 다수의 우주과학기술을 검증하기 위한 탑재체를 장착하고 있다. 거리측정을 위한 LRA (Laser Reflector Array), 펨토초 레이저 발진기 FSO (Femto-Second Laser Oscillator), 반작용 휠 RWA (Reaction Wheel Assembly), 적외선 카메라 IRS (Infrared Sensor) 등 국내외에서 개발된 각종 첨단 과학장비들이 탑재되었다. Fig.
- 15 mm이다. 위성에 사용된 허니컴 패널의 면제는 AL 2014 T3 이며 코어는 AL 5052이다. 면제의 영률과 포와송비를 E0, ν0, 코어는 E, ν 라고 하면 위성패널의 상당 유효 강성은 식(21)과 같이 계산된다.
- 유한요소 모델의 요소수는 442,517개 이며 노드수는 558,481개이다. 위성의 FEA 모델링 방법, 절차, 강성 물성치, 결과 해석 및 검토에 관해서는 1992년 우리별 1호의 개발 때부터 현재까지 약 20년간 축적된 기술자료를 활용하였다.
- 위성의 FEA 모델링에서는 쉘, 빔, 3D 육면체, 집중질량 및 강체 요소가 사용되었다. 유한요소 모델의 요소수는 442,517개 이며 노드수는 558,481개이다. 위성의 FEA 모델링 방법, 절차, 강성 물성치, 결과 해석 및 검토에 관해서는 1992년 우리별 1호의 개발 때부터 현재까지 약 20년간 축적된 기술자료를 활용하였다.
- 2grms이다. 진동시험은 x, y, z 축 각각에 대하여 수행되었으며 진동시험기로는 Ling Electronics 1216VH 전자식 가진기가 사용되었다. Fig.
데이터처리
- 본 연구에서는 asymptotic 균질화법에 의한 위성의 샌드위치 패널의 유효 상당 강성을 수식화하여 모델링하고, 이것을 활용하여 FEA 해석을 수행하였다. 모델링의 정확성을 검증하기 위하여 실제 진동해석 결과와 비교 검토하였다.
- 7에서 기저의 바닥면에서의 랜덤 가진에 대한 위성 구조체의 응답을 A 점에서 데이터를 획득하였다. 이 응답을 FEA 해석 결과와 비교 검토하였다. FEA 해석에서는 6%의 점성감쇠를 적용하여 해석을 수행하였다.
이론/모형
- 허니컴 샌드위치 패널은 그 구조적 복잡성 때문에 전산해석에 있어서 많은 어려움과 시간적 소모가 요구되었다. 따라서 본 연구에서는 이러한 점을 극복하기 위하여 asymptotic 균질화법을 적용하였다. Asymptotic 균질화법에 의해 등방성 재료인 알루미늄으로 제작된 허니컴 샌드위치 패널의 상당 유효강성 계수를 구하고 이것을 활용하여 위성의 랜덤진동 가진에 대한 동적 응답을 구하였다.
성능/효과
- 이러한 주기적 구조의 유효강성은 빔, 판재 등의 해석에서도 종종 적용되었다.6,7 일반적인 등방성 재료의 균질화 이론을 확장하여 샌드위치 패널처럼 이방성 재료의 종류에 적용이 가능하다. 그 이론적 배경을 유도하면 다음과 같다.
- Asymptotic 균질화법에 의해서 계산된 알루미늄 허니컴 샌드위치 패널의 상당 유효 강성계수 값을 활용하여 샌드위치 패널을 쉘 요소로 간단하게 모델링 할 수 있게 되었고, 이것은 결과적으로 모델링의 단순화, 시간절약, 해석의 정확성을 가져왔다. 위성의 구조는 허니컴 샌드위치 패널이 기본적인 골격 구조를 이루고 있다.
- 8에서 이러한 진동모드의 주파수가 잘 나타나 있다. 따라서 본 연구에서 적용한 asymptotic 균질화법에 의한 위성의 진동특성 해석 및 결과가 매우 신뢰성이 있음을 알 수 있다.
- 경량이면서 굽힘 강도가 매우 크기 때문에 특히 우주항공용으로 많이 사용된다. 또한 설계 단계에서 구조해석 중 허니컴 샌드위치 패널을 단순화 하여 해석함으로써 해석 시간, 비용 등을 크게 줄일 수 있다. 주기적으로 반복하는 형태의 구조인 허니컴 샌드위치 패널을 asymptotic균질화를 통하여 단순한 판재의 형태로 가정할 수 있다.
- Asymptotic 균질화법에 의해 등방성 재료인 알루미늄으로 제작된 허니컴 샌드위치 패널의 상당 유효강성 계수를 구하고 이것을 활용하여 위성의 랜덤진동 가진에 대한 동적 응답을 구하였다. 상당 유효강성 계수를 사용하여 계산한 값이 실제 진동시험에 의해서 얻은 응답 값과 매우 유사한 경향을 나타내었다. 또한 진동 모드의 계산에서는 거의 시험 결과 값에 일치하였다.
- FEA 해석에서는 6%의 점성감쇠를 적용하여 해석을 수행하였다. 이 값은 그 동안 수 많은 해석과 시험을 통하여 얻은 최적의 감쇠 값 이며 실제 위성의 특성을 잘 반영하고 있음을 확인하였다. Fig.
후속연구
- 본 연구를 통하여 허니컴 샌드위치 패널의 상당 유효 강성계수를 구하기 위한 asymptotic 균질화 법의 적용 유효성을 검증하였고 또한 실제 위성의 설계에 있어서 효율적으로 활용 할 수 있다..
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.