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[국내논문] 차원 복원해석과 가상균열닫힘 기법을 이용한 종방향 균열을 가진 세장비가 큰 보의 에너지 해방률 계산
Computation of Energy Release Rates for Slender Beam through Recovery Analysis and Virtual Crack Closure Technique 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.30 no.1, 2017년, pp.31 - 37  

장준환 (방위사업청) ,  구회민 (충남대학교 기계설계학과) ,  안상호 (신한대학교 자동차공학과)

초록
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본 논문에서는 이종재질로 구성된 세장비가 큰 보의 차원축소와 복원의 효율성과 정확성을 입증하기 위하여 VABS와 3차원 유한요소해석 모델의 결과와 비교하였다. 그리고 3차원 유한요소모델과 차원축소 모델을 가상균열닫힘법을 이용하여 에너지 해방률을 계산하였다. 원형과 사각형의 단면에 초기 크랙을 가진 수치모델을 이용하여 보의 차원축소와 복원기법 및 가상균열닫힘법을 이용하여 복원해석 결과 및 에너지 해방률을 비교하여 효율성과 정확성을 입증하였다. 특히 제시된 에너지 해방률 계산 기법은 고고도 무인기의 날개, 헬리콥터 로터 블레이드, 풍력 블레이드, 틸트로터 등의 정적, 동적 모델링 및 수명평가에 활용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, computation results of reducible modeling, stress recovery and energy release rate were compared with the results of VABS, Virtual Crack Closure Technique. The result of stress recovery analysis for 1-D model including the stiffness matrix is compared with stress results of three-dime...

Keyword

#단면해석   #차원축소 모델링   #복원해석   #가상균열닫힘법  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 VABS를 이용한 복합재 보의 차원을 축소한 단면해석의 정확성을 제시하고 복원응력을 사용한 효과적인 에너지 해방률 계산사례를 소개하고자 한다. VABS는 단면해석과 복원해석을 위한 연구코드로 1989년 Georgia Tech의 Hodges에 의해 개발되었으며 이후 Cesnik, Yu 등에 의해 발전되고 있다.
  • 여기서, u는 변위이며 r은 절점에서 적용되는 힘이다. 본 논문에서는 3차원 유한요소모델 및 VABS에서 구동된 단면해석 모델에서 변위와 힘을 추출하여 에너지 해방률을 계산한다. 에너지 해방률은 식 (7)에 의해 평면응력과 평면변형률 조건에따라 나뉘고, 각각의 모드 별로 응력확대 계수로 변환할 수 있다.
  • 본 절에서는 3차원의 종방향 균열을 갖는 보 모델에서의 에너지 해방률(ERR)을 구하기 위해 등방성 재질의 원형 단면을 적용한 보 보델을 가지고 가상 균열닫힘 해석(VCCT)을 수행한다. 균열진전 수치모델은 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
항공기 수명주기 과정에서 어느 부위에 문제가 발생하는가? 항공기 수명주기 과정에서 가혹한 환경에서의 장시간 노출과 고 하중 임무로 인해 기체의 주요 하중을 지지하는 부위에서 다양한 형태의 문제가 발생된다. 또한 제조과정에서 내재된 잠재결함이 시간이 지남에 따라 균열에 이르고, 이와 같은 문제는 항공기의 수명과 안전에 직결되기 때문에 정확한 해석과 다양한 실험이 필요하다.
VABS의 기능은 어떠한가? VABS는 단면해석과 복원해석을 위한 연구코드로 1989년 Georgia Tech의 Hodges에 의해 개발되었으며 이후 Cesnik, Yu 등에 의해 발전되고 있다. 차원축소-복원 과정을 통한 해석 결과와 3차원 유한요소 해석의 결과와 비교함으로써 차원축소와 복원해석의 효율성과 정확성을 확인한다. 이후 가상균열닫힘(virtual crack closure technique)을 이용하여 1차원 보의 단면의 변위와 힘을 추출하여 에너지 해방률을 계산하여 에너지 해방율(ERR)과 일대일로 대응하는 응력확대 계수를 얻어 잔존수명을 예측할 수 있다.
VABS란 무엇인가? 본 논문에서는 VABS를 이용한 복합재 보의 차원을 축소한 단면해석의 정확성을 제시하고 복원응력을 사용한 효과적인 에너지 해방률 계산사례를 소개하고자 한다. VABS는 단면해석과 복원해석을 위한 연구코드로 1989년 Georgia Tech의 Hodges에 의해 개발되었으며 이후 Cesnik, Yu 등에 의해 발전되고 있다. 차원축소-복원 과정을 통한 해석 결과와 3차원 유한요소 해석의 결과와 비교함으로써 차원축소와 복원해석의 효율성과 정확성을 확인한다.
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참고문헌 (13)

  1. Ahn, J.S., Woo, K.S. (2012) Mixed Mode Analysis using Two-step Extension Based VCCT in an Inclined Center Crack Repaired by Composite Patching, J. Korean Soc. Civil Eng. A, 32, pp.11-18. 

  2. Blasques, J.P., Bitsche, R.D. (2015) An Efficient and Accurate Method for Computation of Energy Release Rates in Beam Structures with Longitudinal Cracks, Eng. Fract. Mech., 133, pp.56-69. 

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  3. Burlayenko, V.N., Altenbach, H., Sadowski, T., Dimitrova, S.D. (2016) Computational Simulations of Thermal Shock Cracking by the Virtual Crack Closure Technique in a Functionally Graded Plate, Comput. Mater. Sci., 116, pp.11-21. 

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  4. Chen, H., Yu, W., Capellaro, M. (2009) A Critical Assessment of Computer Tools for Calculating Composite Wind Turbine Blade Properties, Wind Energy, 13, pp.497-516. 

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  5. Hodges, D.H. (2003) Geometrically-Exact, Intrinsic Theory for Dynamics of Curved and Twisted Anisotropic Beams, AIAA J., 41, pp.1131-1137. 

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  6. Hu, P. (2010) VABS-IDE: VABS-Enabled Integrated Design Environment(IDE) for Efficient High-Fidelity Composite Rotor Blade and Wing Design, 51st, AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference. American Institute of Aeronautics. 

  7. Hur, S.-P., Yang. W.-Ho, Kim, C., Ko, M.-H. (2001) Stress Intensity Factor Calculation of Elliptical Arc Through Cracks in Mechanical Joints by Virtual Crack Closure Technique, Korean Soc. Mech. Eng., pp.33-38. 

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  9. Murakami, Y. (1987) Stress Intensity Factors Handbook, Pergamon Presss. 

  10. Sun, Y., Liu, M. (2015) Analysis of the Crack Penetration/Deflection at the Interfaces in the Intelligent Coating System Utilizing Virtual Crack Closure Technique, Eng. Fract. Mech., 133, pp.152-162. 

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  11. Yu, W., Blair, M. (2012) GEBT: A General-Purpose Nonlinear Analysis Tool for Composite Beams, Composite Structures, 94(9), pp.2677-2689. 

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  12. Yu, W., Hodges, D.H., Ho, J. (2012) Variational Asymptotic Beam Sectional Analysis-An Updated Version, Int. J. Eng. Sci., 59, pp.40-64. 

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  13. Yu, W., Hodges, D.H., Ho, J.C. (2012) Variational Asymptotic Beam Sectional Analysis-An updated version, Int. J. Eng. Sci., 59, pp.40-64. 

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