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[국내논문] VABS를 이용한 임의의 단면과 재료 분포를 가진 비균일 복합재료 보의 변형률 복원 해석
Strain Recovery Analysis of Non-uniform Composite Beam with Arbitrary Cross-section and Material Distribution Using VABS 원문보기

Composites research = 복합재료, v.28 no.4, 2015년, pp.204 - 211  

장준환 (Koreanair. Military Aero-structure Group) ,  안상호 (Department of Automobile Engineering, Shinhan University)

초록
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본 논문에서는 블레이드와 같이 세장비가 크고 초기 비틀림이 존재하는 복합재료로 구성된 날개 구조물에 대한 이차원 단면의 차원축소와 복원관계를 이론적으로 기술하고 이를 이용한 복합재료 로터 블레이드의 효율적인 설계 과정을 기술하였다. 차원축소와 복원해석 수치해석 프로그램인 VABS를 이용하여 단면해석을 수행하고 연성이 고려된 강성행렬과 질량행렬을 중립점에 연결하여 블레이드의 특성을 포함한 1차원 보 모델링을 구성하였다. 1차원 보 모델을 통해 블레이드의 거동을 확인하고 내부하중을 계산하여 단면위치에서 변형률 복원을 수치적으로 계산하고 이산화 된 단면에 수치적으로 매칭하여 시각적으로 형상화하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a theory related to a two-dimensional linear cross-sectional analysis, recovery relationship and a one-dimensional nonlinear beam analysis for composite wing structure with initial twist. Using VABS including a related theory, the design process of the composite rotor blade has b...

주제어

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문제 정의

  • 본 논문에서는 블레이드와 같이 세장비가 크고 초기 비틀림이 존재하는 복합재료로 구성된 날개 구조물에 대하여 개발된 코드인 VABS를 이용하여 차원이 축소된 모델링을 구성하고 블레이드의 거동을 확인하고 복원관계를 이용하여 원하는 지역에서 단면의 변형률 분포를 복원하고 시각적으로 형상화하였으며 구조 요건을 만족할 수 있는 효율적인 설계 과정을 기술하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
VABS는 어디에 사용되는가? VABS(Variational Asymptotic Beam Section Analysis)는 복잡한 형상을 가진 비균일 복합재료의 단면의 강성행렬을 계산하는데 주로 사용된다. 단면해석은 VABS를 이용하여 2차원의 단면해석 모델이 1차원의 보 형태의 모델로 차원 축소하는 과정이다.
초기 설계 단계에서 3차원 구조 모델을 변경하는 것이 불가능한 이유는? 초기 설계 단계에서와 같이 구조 및 공력 형상에 대한 구체적인 자료가 불충분하며 형상의 변화가 빈번한 경우에 매번 3차원 구조 모델을 변경한다는 것은 거의 불가능한 일이다. 복합재 블레이드는 기하학적으로 급격하게 형상이 변하는 구간이 있고, 내부적으로는 재질이 변경되는 구간이 존재한다. 그리고 등방성 재료와 이방성 재질이 혼용해서 쓰 이며, 많은 재질이 동시에 사용된다. 형상이 일정한 연속적인 구간이 드물고 일부 영역에서 특정 형상이 사용되고 불연속 구간에는 빈 공간을 채울 수 있는 재질이 사용된다. 따라서 초기 설계단계에서의 3차원 유한요소모델의 구현은 사실상 어렵고 효율적인 정적, 동적해석 및 피로해석을 위해 거시적 특성을 비교적 간단하면서도 효과적으로 묘사할 수있는 비선형 등가 모델링 기법이 요구된다[1-4].
단면해석은 무엇인가? VABS(Variational Asymptotic Beam Section Analysis)는 복잡한 형상을 가진 비균일 복합재료의 단면의 강성행렬을 계산하는데 주로 사용된다. 단면해석은 VABS를 이용하여 2차원의 단면해석 모델이 1차원의 보 형태의 모델로 차원 축소하는 과정이다. 역으로 보의 거동을 통해 계산된 변위와 내부 하중을 이용하여 차원의 복원이 가능하다.
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참고문헌 (17)

  1. (International Journal) Hodges, D.H. and Popescu, B., "On Asymptotically Correct Timoshenko-like Anisotropic Beam Theory", International Journal of Solids and Structures, pp. 37, 1999, 535-558. 

  2. (International Journal) Cesnik, C.E.S. and Hodges, D.H., "Variational-Asymptotical Analysis of Initially Twisted and Curved Composite Beams", International Journal for Engineering Analysis and Design, Vol. 1, 1994, pp. 177-187. 

  3. (International Journal) Hodges, D.H. and Yu, W., "A Rigorous, Engineer-friendly Approach for Modelling Realistic, Composite Rotor Blades", Wind Energy, Vol. 10, 2007, pp. 179-193. 

  4. (International Journal) Volovoi, V.V., Hodges, D.H., Cesnik, C.E.S., and Popescu, B., "Assessment of Beam Modeling Methods for Rotor Blade Applications, Mathematical and Computer Modelling", Vol. 33, 2001, pp. 1099-1112. 

  5. (International Journal) Hodges, D.H., Atilgan, A.R., Cesnik, C.E.S., and Fulton, M.V., "On a Simplified Strain Energy Function for Geometrically Nonlinear Behavior of Anisotropic Beams", Composite Engineering, Vol. 2, 1992, pp. 513-526. 

  6. (International Journal) Cesnik, C.E.S. and Hodges, D.H., "VABS: A New Concept for Composite Rotor Blade Cross-Sectional Modeling", Journal of the American Helicopter Society, Vol. 42, 1997, pp. 27-38.. 

  7. (International Journal) Yu, W., Hodges, D.H., Volovoi, V.V., and Cesnik, C.E.S., "On Timoshenko-like Modeling of Initially Curved and Twisted Composite Beams", International Journal of Non-Linear Mechanics, Vol. 39, 2002c, pp. 5101-5121. 

  8. (International Journal) Cesnik, C.E.S. and Hodges, D.H., "Stiffness Constants for Initially Twisted and Curved Composite Beams," Applied Mechanics Review, Vol. 46, 1993, pp. 211-220. 

  9. (Manual) W. Johnson, CAMRAD II Comprehensive Analytical Model of Rotorcraft Aerodynamics and Dynamics, Johnson Aeronautics, 2008. 

  10. (International Journal) Cesnik, C.E.S. and Hodges, D.H., "Stiffness Constants for Composite Beams Including Large Initial Twist and Curvature Effects", Applied Mechanics Review, Vol. 48, 1995, pp. 61-67. 

  11. (International Journal) Cesnik, C.E.S. and Shin, S., "On the Modeling of Integrally Actuated Helicopter Blades", Mathematical and Computer Modelling, Vol. 33, 2001, pp. 1765-1789. 

  12. (International Journal) Popescu, B., Hodges, D.H., and Cesnik, C.E.S., "Obliqueness Effects in Asymptotic Cross-Sectional Anlaysis of Composite Beams", Computers and Structures, Vol. 76, 2000, pp. 533-543. 

  13. (International Journal) Cesnik, C.E.S. and Shin, S.-J., "On the Modeling of Active Helicopter Blades", International Journal of Solids and Structures, Vol. 38, 2001, pp. 1765-1789. 

  14. (Manual) Yu, W., "VABS Manual for Users", 2010. 

  15. (International Journal) Reddy, J.N., "On Laminated Composite Plate with Integrated Sensors and Actuators", Engineering Structures, 1999, pp. 568-593. 

  16. (International Journal) Yu, W. and Blair M., "GEBT A General-Purpose Implementation of the Mixed Formulation of the Geometrical Exact Beam Theory", Composite Structure, Vol. 94, 2012, pp. 2677-2689. 

  17. (International Journal) Hodges, D.H., "Geometrically-Exact, Intrinsic Theory for Dynamics of Curved and Twisted Anisotropic Beams", AIAA Journal, Vol. 41, 2003, pp. 1131-1137. 

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