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열-랜덤 음향 하중을 받는 보강된 복합재 패널의 비선형 진동 해석
Nonlinear Vibration Analyses of Stiffened Composite Panels under Combined Thermal and Random Acoustic Loads 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.23 no.6, 2020년, pp.533 - 541  

최인준 (충남대학교 항공우주공학과) ,  이홍범 (LIG넥스원(주) L-SAM체계단 2팀) ,  박재상 (충남대학교 항공우주공학과) ,  김인걸 (충남대학교 항공우주공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study using ABAQUS investigates the nonlinear vibration responses when thermal and random acoustic loads are applied simultaneously to the stiffened composite panels. The nonlinear vibration analyses are performed with changing the number of stiffeners, and layup condition of the skin panel. Th...

주제어

#보강된 복합재 패널   #스냅-스루   #열 하중   #랜덤 음향 하중   #비선형 진동 응답  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 보강된 복합재 패널에 대하여 열-음향의 복합 하중을 받을 때 보강된 복합재 패널의 스냅스루 거동 등의 비선형 진동 거동에 관해 분석하였다. 특히, 비선형 정적 해석 및 동적 거동에 대한 보강된 복합재 패널의 보강재의 개수 및 외피 패널의 적층 조건의 영향을 조사하였다.
  • 본 연구에서는 열-랜덤 음향의 복합 하중을 받는 보강된 복합재 패널의 비선형 진동 응답에 대하여 비선형 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS를 이용한 수치해석 연구를 수행하였다.

가설 설정

  • 을 기반으로 모델링하였다. 또한 패널 표면의 면내 방향으로 균일하게 작용되는 분포 하중으로 가정하였으며, 가우스 정규 분포(Gaussian normal distribution)의 특성을 가진 상호 스펙트럼 밀도 함수(Sp)를 이용하여 표현하였다. 상호 스펙트럼 밀도 함수는 아래 식 (1)과 같이 주파수(f)에 의해 결정된다.
  • 보강된 복합재 패널에 대하여 열적 후좌굴 해석을 먼저 수행한 후, 후좌굴된 보강된 복합재 패널에 대하여 랜덤 음향 하중을 동시에 적용하여 비선형 진동 해석을 수행하였다. 열 하중은 보강된 패널의 두께 방향으로 온도 구배를 가진다고 가정하였으며, 랜덤 음향 하중은 간단한 통계적인 기법으로 모델링되었다.
  • 보강된 복합재 패널의 열적 후좌굴 해석 기법의 검증을 위하여 앞 절에서 사용된 3개의 보강재를 사용한 복합재 패널 모델을 이용하였다. 외피 패널과 보강재의 두께 방향으로의 온도 구배는 쉘 이론에 기반한 두께 방향으로의 적분을 통하여 열 하중 벡터의 표현에 포함되며, Fig. 2와 같이 주어지며 각각 10 % 및 2 %의 고정된 크기를 갖는다고 가정하였다[8]. 선형 열적 좌굴 해석으로부터 얻어진 임계 온도(ΔTcr)는 11.
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참고문헌 (11)

  1. J. T. Oden and E. A. Thornton, Analysis of Flow-, Thermal-and Structural-interaction of Hypersonic Structures Subjected to Severe Aerodynamic Heating, TR-88-12, Computational Mechanics Co. Inc., Austin, Texas, 1988. 

  2. K. Abdel-Motagaly, B. Duan, and C. Mei, "Nonlinear Response of Composite Panels Under Combined Acoustic Excitation and Aerodynamic Pressure," Journal of AIAA, Vol. 38, No. 9, pp. 1534-1542, 2000. 

    상세보기 crossref

  3. J.-H. Kim, K.-B. Lee, and K.-Y. Lee, "Thermomechanical Characteristics for Structural Material of Supersonic Vehicle," Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology, Vol. 8, No. 2, pp. 77-87, 2005. 

  4. H.-B. Lee, Y.-N. Kim, I.-J. Choi, J.-S. Park, and I.-G. Kim, "Nonlinear Dynamic Responses of Shear-Deformable Composite Panels under Combined Supersonic Aerodynamic, Thermal, and Random Acoustic Loads," International Journal of Aeronautical and Space Sciences, Vol. 21, No. 3, pp. 707-722, 2020. 

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  5. J. M. Dhainaut, X. Guo, C. Mei, S. M. Spottswood, and H. F. Wolfe, "Nonlinear Random Response of Panels in an Elevated Thermal-Acoustic Environment," Journal of Aircraft, Vol. 40, No. 4, pp. 683-691, 2003. 

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  6. H. H. Ibrahim, M. Tawfik, and H. M. Negm "Thermoacoustic Random Response of Shape Memory Alloy Hybrid Composite Plates," Journal of Aircraft, Vol. 45, No. 3, pp. 962-970, 2008. 

    상세보기 crossref

  7. Y.-N. Kim, J.-S. Park, E.-S. Go, M.-H. Jeon, and I.-G. Kim, "Nonlinear Random Response Analyses of Panels considering Transverse Shear Deformations under Combined Thermal and Acoustic Loads," Shock and Vibration, 2018, 975103, pp. 1-11, 2018. 

    상세보기

  8. D.-M. Lee, "Vibration and Flutter Characteristics of Stiffened Composite Laminated Plates considering Geometric Nonlinearity," Ph. D. Dissertation, Korea Advanced Institute of Science and Technology, Daejeon, Korea, 1996. 

  9. M. D. Olson and C. R. Hazell, "Vibration Studies on Some Integral Rib-Stiffened Plates," Journal of Sound and Vibration, Vol. 50, No. 1, pp. 43-61, 1977. 

    상세보기 crossref

  10. J. C. Hardin, "Introduction to Time Series Analysis," NASA-RP-1145, Langley Research Center, Hampton, Virginia, 1986. 

  11. H. M. Hilber, T. J. R. Hughes, and R. L. Taylor, "Improved Numerical Dissipation for Time Integration Algorithms in Structural Dynamics," Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 5, No. 3, pp. 283-282, 1976. 

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