$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

[국내논문] 최종강도 경험식을 이용한 복합재 원통구조의 최적적층 설계
Optimal Lamination Design of Composite Cylinders using an Empirical Ultimate Pressure Load Formula 원문보기

大韓造船學會 論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, v.56 no.4, 2019년, pp.316 - 326  

조윤식 (국방과학연구소) ,  백점기 (부산대학교 조선해양공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a methodology is presented for determining the optimal lamination of composite cylindrical structures subject to hydrostatic pressure. The strength criterion in association with the process of optimal design is the buckling collapse of composite cylinders under hydrostatic pressure lo...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구에서는 외부수압을 받는 필라멘트 와인딩 복합재로 제작된 비보강 원통에 대한 붕괴압력 추정을 위한 해석적인 설계식을 제시하고, 마이크로 유전알고리즘 (micro-genetic algorithm)을 활용하여 복합재 원통의 최적설계 절차를 정립하고 최적 설계 결과를 고찰하였다. 제안된 설계식은 복합재 원통모델의 붕괴압력 실험결과를 기반으로 제안되었으며, 유한요소해석 결과와 비교하여 그 유용성을 확인하고 붕괴압력 추정에 활용할 수 있음을 보였다.
  • 본 연구에서는 필라멘트 와인딩 복합재료 (filament-wound composite)를 적용한 비보강 원통 (unstiffened cylinder) 구조를 대상으로 높은 정도의 최종강도를 용이하게 추정할 수 있는 설계식을 제시하고, 제안된 설계식을 사용하여 최적의 적층 설계결과 를 도출할 수 있는 방법을 제시한다.
  • 최적의 적층 설계결과를 도출할 수 있는 방법으로서 최근에 다양한 분야에서 최적화 방법으로 많이 사용되는 유전알고리즘 (genetic algorithm)을 적용한다. 이를 통해 제시된 복합재 비보강 원통에 대한 최종강도 설계식의 정확성과, 최적의 적층 설계결과 도출방법의 유용성을 고찰한다.

가설 설정

  • 각각의 ply는 필라멘트 와인딩 적층각 θi를 가지며, 원통 축에 대해 +θi와 -θi 방향으로 같은 양의 섬유가 균등하게 분포되어 있는 cross-ply로 가정한다.
  • 경계조건으로서 복합재 원통은 양단에서 단순지지로 가정하며, 이 경계조건을 만족하는 평균면에서의 변위를 다음과 같이 정의한다.
  • 본 연구에서 최적화 대상으로 선정한 복합재 원통구조로서 원통 내부반경(R)은 150 mm, 길이(L)는 695 mm이고, 사용된 복합소재는 T700으로서 재료 물성치는 Table 1과 같다. 복합재 원통의 각 cross-ply 두께는 0.615 mm로 가정하고, Table 5와 같이 8개의 복합재 원통에 대해 최적설계 결과를 고찰하였다. 복합재 원통의 ply 개수 N은 12~26, 원통의 두께 h는 7.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
압력선체 구조의 문제점은 무엇인가? 심해 해양환경에서 임무를 수행하는 해양탐사선 및 잠수함은 잠항 깊이가 점차 증가하는 추세에 있다. 수중 외부압력에 노출되는 압력선체 구조 (pressure hull structure)는 잠항 깊이가 증가할수록 심해 압력에 견딜 수 있도록 하기 위해 구조부재 치수와 중량도 함께 증가하게 되어 적재물의 중량이 제한된다. 이러한 문제점을 해소하기 위해 복합재료 (composite materials)를 압력선체 구조 재료로 활용하기 위한 연구가 진행되고 있다.
비보강 원통에 대한 붕괴압력 추정을 위한 해석적인 설계식의 제안 방법 및 결과는? 본 연구에서는 외부수압을 받는 필라멘트 와인딩 복합재로 제작된 비보강 원통에 대한 붕괴압력 추정을 위한 해석적인 설계식을 제시하고, 마이크로 유전알고리즘 (micro-genetic algorithm) 을 활용하여 복합재 원통의 최적설계 절차를 정립하고 최적 설계 결과를 고찰하였다. 제안된 설계식은 복합재 원통모델의 붕괴압력 실험결과를 기반으로 제안되었으며, 유한요소해석 결과와 비교하여 그 유용성을 확인하고 붕괴압력 추정에 활용할 수 있음을 보였다. 제안된 식을 사용하여 복합재 원통에 대해 최적 설계 적층방안을 도출한 결과는 최적화 기법으로 적용한 유전알고리즘의 유용성 을 확인할 수 있었으며, 도출된 최적 붕괴압력은 초기설계 원통보다 높은 붕괴압력을 나타내었다.
압력선체 구조 재료 중 복합재료의 특징은? 이러한 문제점을 해소하기 위해 복합재료 (composite materials)를 압력선체 구조 재료로 활용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 복합재료는 비중이 작아 중량을 경감시킬 수 있으면서 강성이 크고 부식에도 강한 장점을 가지고 있기 때문에 수상함 및 잠수함 등 다양한 구조물에 대한 성공적인 적용사례가 보고되고 있다 (Mouritz et. al.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (21)

  1. Aguirre, F., Vargas, S., Valdes, D., & Tornero, J., 2017. State of the art of parameters for mechanical design of an autonomous underwater vehicle. International Journal of Oceans and Oceanography, 11(1), pp.89-103. 

  2. ASME Boiler and Pressure Vessel Code, 2007. Section X: Fiber-Reinforced Plastic Pressure Vessel. 

  3. 10.1017/CBO9781107050211 

  4. Cho, J.R., Chung, W.B., & Kim, J.S., 2009. UVRC, Division of underwater structure and vibration research, 2nd Phase Report, ADDR-413-091956, Daejeon: Agency for Defense Development, Republic of Korea. 

  5. Cho, Y.S., 2005, Structural strength calculation method and program manual for pressure hull, NSDC-513-051385, Daejeon: Agency for Defense Development, Republic of Korea. 

  6. Cho, Yoon Sik, Oh, Do Han, Paik, Jeom Kee. An empirical formula for predicting the collapse strength of composite cylindrical-shell structures under external pressure loads. Ocean engineering, vol.172, 191-198.

  7. 조윤식, 백점기. 유전 알고리즘을 적용한 잠수함 압력선체 최적 구조설계. 大韓造船學會 論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, vol.54, no.5, 378-386.

  8. Dey, A., Choudhury, P.L., & Pandey, K.M., 2014. A computational study of buckling analysis of filament wound composite pressure vessel subjected to hydrostatic pressure. Global Journal of Researches In Engineering A: Mechanical and Mechanics Engineering, 14(2), pp.9-14. 

  9. Goldberg, D.E., 1989. Genetic algorithms in search, optimization, and machine learning. Addison- wesley Longman Publishing Co., Inc.: Boston, USA. 

  10. Hur, S.H., Son, H.J., Kweon, J.H., Choi, J.H.. Postbuckling of composite cylinders under external hydrostatic pressure. Composite structures, vol.86, no.1, 114-124.

  11. Jones, R.M., 1999. Mechanics of composite materials. Taylor & Francis, Inc.: Philadelphia, USA. 

  12. Jung, Hae-Young, Cho, Jong-Rae, Han, Jeong-Young, Lee, Woo-Hyung, Bae, Won-Byong, Cho, Yun-Sik. A Study on Buckling of Filament-Wound Cylindrical Shells under Hydrostatic External Pressure using Finite Element Analysis and Buckling Formula. International journal of precision engineering and manufacturing, vol.13, no.5, 731-737.

  13. Kim, Myung-Hun, Cho, Jong-Rae, Bae, Won-Byong, Kweon, Jin-Hwe, Choi, Jin-Ho, Cho, Sang-Rae, Cho, Yun-Sik. Buckling Analysis of Filament-Wound Thick Composite Cylinder under Hydrostatic Pressure. International journal of precision engineering and manufacturing, vol.11, no.6, 909-913.

  14. 10.1117/12.969927 

  15. Messager, Tanguy. Buckling of imperfect laminated cylinders under hydrostatic pressure. Composite structures, vol.53, no.3, 301-307.

  16. Messager, Tanguy, Pyrz, Mariusz, Gineste, Bernard, Chauchot, Pierre. Optimal laminations of thin underwater composite cylindrical vessels. Composite structures, vol.58, no.4, 529-537.

  17. Moon, Chul-Jin, Kim, In-Hoon, Choi, Bae-Hyeon, Kweon, Jin-Hwe, Choi, Jin-Ho. Buckling of filament-wound composite cylinders subjected to hydrostatic pressure for underwater vehicle applications. Composite structures, vol.92, no.9, 2241-2251.

  18. 10.1016/S0263-8223(00)00175-6 Mouritz, A.P., Gellert, E., Burchill, P., & Challis, K., 2001. Review of advanced composite structures for naval ships and submarines. Composite Structures, 53, pp.21-41. 

  19. NASA Space Vehicle Design Criteria, 1968. Buckling of thin-walled circular cylinders. NASA SP-8007, pp.19-21, Washington, D.C.: National Aeronautics and Space Administration, USA. 

  20. Perry, T.G., Douglas, C.D., & Gorman, J.J., 1992. Analytical design procedures for buckling-dominated graphite/epoxy pressure hulls. SNAME Transactions, 100, pp.93-115. 

  21. ROK Navy, 2016. Criteria for structural strength of pressure hull. Design and Building Criteria for Submarine, JoHam(Jam)-1-001(0), Daejeon Korea: ROK Navy. 

LOADING...
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로