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문제 정의
- 본 연구에서는 SB427 헬리콥터의 스키드 랜딩기어에 대한 동적유한요소 모델링과 LS-DYNA를 이용한 충돌해석을 수행하였으며 실험 결과와 비교하였다, 정확한 해석결과를 얻기 위해서는 정교한 유한요소 모델이 필요하며, 이를 위해서는 다양한 유한요소 모델링 노하우가 요구됨을 알 수 있었다. 특히.
제안 방법
- l) 스키드기어에 대한 구조해석 및 설계 데이테3]를 바탕으로 유한요소 모델링을 자체적으로 수행하였다. CATIA를 활용하여 각각의 스키드 기어부품에 대한 최종 조립 (assembling)시험을 수행하였다(Fig.3). 또한 충돌해석을 위한 동적유한요소 모델 생성을 용이하게 하기 위해 스키드기어 구조물의 일부 부분은 단순화 및 이상화처리하였다.
- 스키드의 동적 거동에 관심이 있으므로 비교적 격자를 많이 세분화 하였으며, 상부 헬리콥터 본체는 집중질량과 질량관성모멘트로 모델링 하여 동적 특성을 모사하였다. 등가의 집중 질량과 스키드 구조물과 연결은강체 보요소를 적용하였고, 보수적인 해석결과를 위해 충돌면(impact surface)은 강체면으로모델링 하였다. 스키드 튜브(tube)와 충돌면은접촉조건인master - slave*CONTACT_NODES_TO_ SURFACE 키워드를 사용하여 모델링 하였으며, 정지마찰계수(fs)와 운동마찰계수(fd) 값은 Ref.
- 3). 또한 충돌해석을 위한 동적유한요소 모델 생성을 용이하게 하기 위해 스키드기어 구조물의 일부 부분은 단순화 및 이상화처리하였다. Fig.
- 5와 같은 응력.변형률 선도를 적용하였다[8]. 이를 위해 L&DYNA의 물성치 키위드 인 *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY 를 적용하였다.
- 본 연구에서는 SB427 헬리콥터(Fig.l) 스키드기어에 대한 구조해석 및 설계 데이테3]를 바탕으로 유한요소 모델링을 자체적으로 수행하였다. CATIA를 활용하여 각각의 스키드 기어부품에 대한 최종 조립 (assembling)시험을 수행하였다(Fig.
- 본 연구에서는 스키드형 강착장치의 필수적인 설계 요구조건에 대한 근사해석 및 정밀 충돌해석을 위해 3차원 유한요소 모델링을 구축하였으며 전산 중돌해석을 수행하였다. 실제적인 모델링 및 효과적인 해석을 위해 CATIA, MSC/PATRAN, NASTRAN 및 LS-DYNA를 활용하였다.
- 본 연구에서의 충돌해석과 실험결과를 비교하기 위해 Fig.9와 같이 12in 높이에서의 level landing 낙하시험을 고려하였다. 전산해석은 P-4 3.
- 등가의 집중 질량과 스키드 구조물과 연결은강체 보요소를 적용하였고, 보수적인 해석결과를 위해 충돌면(impact surface)은 강체면으로모델링 하였다. 스키드 튜브(tube)와 충돌면은접촉조건인master - slave*CONTACT_NODES_TO_ SURFACE 키워드를 사용하여 모델링 하였으며, 정지마찰계수(fs)와 운동마찰계수(fd) 값은 Ref.6과 같이 각각 0.5와 0.35를 적용하였다.
- 사용된 유한요소는 셀요소, 보요소, Spotweld 요소등이며 모델의 총 요소 수는 9806개 절점 수는 9887개 이다. 스키드의 동적 거동에 관심이 있으므로 비교적 격자를 많이 세분화 하였으며, 상부 헬리콥터 본체는 집중질량과 질량관성모멘트로 모델링 하여 동적 특성을 모사하였다. 등가의 집중 질량과 스키드 구조물과 연결은강체 보요소를 적용하였고, 보수적인 해석결과를 위해 충돌면(impact surface)은 강체면으로모델링 하였다.
- 실제적인 모델링 및 효과적인 해석을 위해 CATIA, MSC/PATRAN, NASTRAN 및 LS-DYNA를 활용하였다. 실제 시험 조건에 대한 충돌해석을수행하여 실험결과와 비교하였으며, 동적 구조거동 특성을 분석하였다.
- 변형률 선도를 적용하였다[8]. 이를 위해 L&DYNA의 물성치 키위드 인 *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY 를 적용하였다.
대상 데이터
- 97O)를 활용하였다. 본 연구에서 고려한 모델은 SB427 헬리콥터의 스키드 기어이며, SB427은 Bell사와 한국항공우주산업(KAI)이 공동으로 개발한 모델이다. Fig.
- 이들 구조는 기본적으로중립면에 대해 셀요소(shell element)로 모델링되었으며, 선형적으로 변하는 두께 특성을 입력하여 실제 구조의 입력특성을 반영하였다. 사용된 유한요소는 셀요소, 보요소, Spotweld 요소등이며 모델의 총 요소 수는 9806개 절점 수는 9887개 이다. 스키드의 동적 거동에 관심이 있으므로 비교적 격자를 많이 세분화 하였으며, 상부 헬리콥터 본체는 집중질량과 질량관성모멘트로 모델링 하여 동적 특성을 모사하였다.
- 25 in) 이다. 설계 총 중량은 2, 724 kg (6, 000 lb)이며 '최대순항속도는 140 knot, 설계상의 최대 충돌 속도는 2.44 m/sec (8.02 ft/sec)이다. 스키드 기어의 조립 부품도는 Fig.
이론/모형
- 동적 충돌현상 해석을 위한 수치 계산방식으로 중앙 차분 방식의 시간 전진법을 적용하였다. 격자의 탄성 및 소성 변형을 고려하기 때문에 각 시간 스텝에서 요구되는 안정적인 시간 간격은 변화하게 된다.
- method?} 있다[8]. 본 연구에서는 스키드 기어의 충돌 특성을 잘 반영하기 위해 penalty method를 적용하였다. penalty method 는 부분(part) 또는 조각(segment)로 구성되는 master와 slave의 접촉으로 정의된다.
- 닿지 않도록 설계되어야 한다. 본 연구에서는 정적변형 및 충돌해석을 위해 MSC/NASTRAN과 ISDYNA(Ver.97O)를 활용하였다. 본 연구에서 고려한 모델은 SB427 헬리콥터의 스키드 기어이며, SB427은 Bell사와 한국항공우주산업(KAI)이 공동으로 개발한 모델이다.
- 실제적인 모델링 및 효과적인 해석을 위해 CATIA, MSC/PATRAN, NASTRAN 및 LS-DYNA를 활용하였다. 실제 시험 조건에 대한 충돌해석을수행하여 실험결과와 비교하였으며, 동적 구조거동 특성을 분석하였다.
성능/효과
- 것이다. 결과를 검토해 보면 마찰을 고려한경우가 고려하지 않은 경우보다 실험결과에 더근접함올 알 수 있다. 마찰을 고려한 경우는 최대 오차가 A지점에서 나타났으며 약 5, 3%이며, 마찰은 고려하지 않은 경우는 같온 지점에서약 15.
- 실험결과와 비교하여 정확한 충돌해석 결과를 얻기 위해서는 마찰을 고려하는 것이 매우 중요한 요소임을 발견하였다. 본 연구 결과에 따르면 L9DYNA롤 이용한 전산 충돌해석이 실제 충돌 실험결과에 비해 약 5% 이내로 정확한 결과를 제공할 수 있음을 확인하였다.
- 둘째, 설계에 요구된 극한 착륙조건 (ultimate energy lading) 에서도동체의 밑면이 바닥(ground)에 닿는 현상을 방지하도록 최대 구조변형이 제한적이어야 한다. 셋째, 극한 착륙 조건시 구조물의 어떠한 부품도 파괴가 일어나지 않도록 최대 하중과 모멘트를 고려해야 한다.
- 특히. 실험결과와 비교하여 정확한 충돌해석 결과를 얻기 위해서는 마찰을 고려하는 것이 매우 중요한 요소임을 발견하였다. 본 연구 결과에 따르면 L9DYNA롤 이용한 전산 충돌해석이 실제 충돌 실험결과에 비해 약 5% 이내로 정확한 결과를 제공할 수 있음을 확인하였다.
- 한다. 첫째, 허용할 수 있는 범위 내에서 구조를 지지해야 하며, 착륙하중(landing loads)을 제어하기 위해 다양한 유형의 헬리콥터의 착륙 에너지를 흡수할 수 있어야 한다. 둘째, 설계에 요구된 극한 착륙조건 (ultimate energy lading) 에서도동체의 밑면이 바닥(ground)에 닿는 현상을 방지하도록 최대 구조변형이 제한적이어야 한다.
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