Hashin 파손이론을 이용한 복합재 볼트체결부의 점진적 파손 해석 및 강도 예측 Progressive Failure Analysis and Strength Prediction based on Hashin Failure Criterion of Bolted Composite Joint
본 논문에서는 발사체 및 무기체계의 연소관 등에 적용되고 있는 복합재의 볼트체결부에 대한 점진적 파손 해석을 수행하였다. 해석에 사용된 Hashin 파손 판정식은 복합재 파손모드에 따라 섬유 인장 파손 모드(Fiber tensile failure mode), 섬유 압축 파손 모드(Fiber compressive failure mode), 기지 인장 파손 모드(Matrix tensile failure mode), 기지 압축 파손 모드(Matrix compressive failure mode)의 4가지 모드로 고려되었으며, 이를 이용해 user subroutine인 UMAT을 개발하였다. 점진적 파손 해석을 통해 복합재 볼트체결부에 대한 파손강도를 예측 하였으며, 이를 시편 시험 결과와 비교하였다.
본 논문에서는 발사체 및 무기체계의 연소관 등에 적용되고 있는 복합재의 볼트체결부에 대한 점진적 파손 해석을 수행하였다. 해석에 사용된 Hashin 파손 판정식은 복합재 파손모드에 따라 섬유 인장 파손 모드(Fiber tensile failure mode), 섬유 압축 파손 모드(Fiber compressive failure mode), 기지 인장 파손 모드(Matrix tensile failure mode), 기지 압축 파손 모드(Matrix compressive failure mode)의 4가지 모드로 고려되었으며, 이를 이용해 user subroutine인 UMAT을 개발하였다. 점진적 파손 해석을 통해 복합재 볼트체결부에 대한 파손강도를 예측 하였으며, 이를 시편 시험 결과와 비교하였다.
In this paper, the progressive failure analysis of a bolted composite joint which is used in combustion tubes of projectiles and weapon systems is performed. Hashin's failure criterion is considered as fiber tensile failure mode, fiber compressive failure mode, matrix tensile failure mode, and matri...
In this paper, the progressive failure analysis of a bolted composite joint which is used in combustion tubes of projectiles and weapon systems is performed. Hashin's failure criterion is considered as fiber tensile failure mode, fiber compressive failure mode, matrix tensile failure mode, and matrix compressive failure mode for this analysis. And this criterion is used to make user subroutine, UMAT. Through the progressive failure analysis we predicted failure strength and compared failure strength with specimen test result.
In this paper, the progressive failure analysis of a bolted composite joint which is used in combustion tubes of projectiles and weapon systems is performed. Hashin's failure criterion is considered as fiber tensile failure mode, fiber compressive failure mode, matrix tensile failure mode, and matrix compressive failure mode for this analysis. And this criterion is used to make user subroutine, UMAT. Through the progressive failure analysis we predicted failure strength and compared failure strength with specimen test result.
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문제 정의
본 논문에서는 복합재 볼트체결부의 점진적 파손해석을 위해 Hashin 파손 판정식을 적용한 user subroutine인 UMAT을 개발하였고, 이를 이용하여 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석 결과와 실제 시편 시험 결과를 비교하였으며 파손 하중 및 파손 모드의 유사한 결과를 얻었다.
본 연구에서는 원통형 복합재 구조물의 시편을 제작하여 하중시험을 수행하였다. 5개의 시편을 이용하여 시험을 진행하였으며, 최대 하중의 평균값은 5,625 N으로 측정되었다.
제안 방법
2와 같고, 원통형 복합재 구조 모델로 곡률을 적용하였다. 복합재 판은 각 플라이 별로 적층 각을 적용하였다. Bolt A에는 y, z방향의 병진운동을 구속하는 경계조건과 x방향으로 Body Force 하중을 적용하였으며, Bolt B에는 3자유도 구속 경계조건을 적용하였다.
본 연구에서는 원통형 복합재 시편 시험 결과와 UMAT을 사용한 유한요소해석 결과를 비교하였다. Fig.
복합재 볼트 체결부의 파손은 초기 손상이 발생한 후 점진적으로 섬유 또는 수지가 파손되면서 최종적으로 완전히 파단 된다. 이러한 복합재의 초기 손상 여부는 Hashin 파손이론을 적용하여 판단할 수 있으며, 본 논문에서는 섬유 인장 파손 모드(Fiber tensile failure mode), 섬유 압축 파손 모드(Fiber compressive failure mode), 기지 인장 파손 모드(Matrix tensile failure mode), 기지 압축 파손 모드(Matrix compressive failure mode)의 4가지 파손모드를 고려하였다. 4가지 파손모드의 판정식은 다음과 같다.
대상 데이터
본 연구에서는 원통형 복합재 구조물의 시편을 제작하여 하중시험을 수행하였다. 5개의 시편을 이용하여 시험을 진행하였으며, 최대 하중의 평균값은 5,625 N으로 측정되었다.
이론/모형
본 논문에서는 ABAQUS를 이용하여 유한요소 해석을 수행하였다. 유한요소모델은 Fig.
성능/효과
본 논문에서는 복합재 볼트체결부의 점진적 파손해석을 위해 Hashin 파손 판정식을 적용한 user subroutine인 UMAT을 개발하였고, 이를 이용하여 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석 결과와 실제 시편 시험 결과를 비교하였으며 파손 하중 및 파손 모드의 유사한 결과를 얻었다.
Bolt A에는 y, z방향의 병진운동을 구속하는 경계조건과 x방향으로 Body Force 하중을 적용하였으며, Bolt B에는 3자유도 구속 경계조건을 적용하였다. 해석을 통해 구한 최대 하중은 5,897 N이며, 시편 시험과 비교하였을 때, 4.84%의 오차율을 나타내었다. Fig.
후속연구
84% 차이로 높은 정확도를 나타내었다. 본 연구를 통해 정립된 해석 기법 및 UMAT을 이용해 향후 복합재 연소관 개발에 활용할 수 있을 것으로 보인다.
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