보고서 정보
주관연구기관 |
건국대학교 KonKuk University |
연구책임자 |
박훈철
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 1999-04 |
주관부처 |
과학기술부 |
과제관리전문기관 |
과학기술부 Ministry of Science & Technology |
등록번호 |
TRKO200200021725 |
DB 구축일자 |
2013-04-18
|
키워드 |
비틀림 좌굴.복합재료 실린더.우한요소해석.쉘 요소.기하학적 비선형 해석.torsional bucking composite cylinders.finite element analysis.shell element.geometrically nonliner analysis.
|
초록
▼
복합재료 실린더는 공학 부문에서 널리 사용되는 중요한 구조요소 중의 하나이다. 따라서, 축력, 굽힘 또는 정수압에 의한 복합재료 실린더의 좌굴은 비교적 심도 있게 연구되어 왔다. 그런데 비틀림 하중에 의한 실린더의 좌굴은 상대적으로 많은 연구가 진행되지 않고 있다. 대개의 경우, 운행체의 동력 전달이 축의 회전을 통해 이루어지는 것을 감안하면, 실린더의 비틀림 좌굴 연구도 여타 하중에 의한 좌굴 못지않게 중요하다고 할 수 있다.
복합재료 실린더의 비틀림 좌굴에 대한 연구 방법으로는 크게 쉘 이론, 유한요소법, 실험의 세가지 방
복합재료 실린더는 공학 부문에서 널리 사용되는 중요한 구조요소 중의 하나이다. 따라서, 축력, 굽힘 또는 정수압에 의한 복합재료 실린더의 좌굴은 비교적 심도 있게 연구되어 왔다. 그런데 비틀림 하중에 의한 실린더의 좌굴은 상대적으로 많은 연구가 진행되지 않고 있다. 대개의 경우, 운행체의 동력 전달이 축의 회전을 통해 이루어지는 것을 감안하면, 실린더의 비틀림 좌굴 연구도 여타 하중에 의한 좌굴 못지않게 중요하다고 할 수 있다.
복합재료 실린더의 비틀림 좌굴에 대한 연구 방법으로는 크게 쉘 이론, 유한요소법, 실험의 세가지 방법이 있다. 복합재료 실린의외 비틀림 좌굴에 대한 최근의 연구를 살펴보면, 유한요소해석 또는 쉘 이론을 이용한 연구가 주로 행해지고 있음을 알 수 있다. 그런데, 쉘 이론에 의한 해석에서는 각 이론의 유도 과정에 적용하는 전단변형에 대한 가정에 따라 산출되는 좌굴하중이 서로 차이를 보이고 있다. 또한, 유한요소해석에서 사용하는 일반적인 쉘은 해석 대상의 두께가 어느 정도 앓으면 해석 결과가 실험 결과와 잘 일치하나, 두께가 두꺼워지면 오차가 커지게 된다. 비틀림 좌굴 실험 역시 매우 어려워 실험적 연구 결과를 참고 문헌에서 찾기 어렵다.
본 연구에서는, 기 개발한 절점당 6 자유도를 갖는 가정 변형률 쉘 요소를 적용한 복합재료 실린더에 대한 비틀림 좌굴해석을 하였다. 기 개발된 쉘 요소는 장김현상(locking), 좌굴해석과 기하학적 비선형 해석에서서 탁월한 성능을 발휘함이 이미 입증된 요소이다. 이러한 우수한 성능은 쉘 요소 두께 방향으로의 변형을 허용하여 절점 당 여섯 개의 자유도를 가지게 함으로써 가능하였다. 비틀림 좌굴하중은 Newton-Rapbson 방법을 적용한 기하학적 비선형 해석 과정에서 전체 경사 강성행렬(global tangential stiffiness matrix)의 행렬식(detenninant)이 0 이 되게 하는 비틀림 하중을 찾음으로써 산출하였다. 임계하중(critical load, bifurcation load)와 극한하중(limit load)은 Bergan 등이 사용한 하중계수를 사용하여 구분하였다.
본 연구방법으로 계산된 복합재료 실린더의 비틀림 좌굴하중은 적층각에 따라서는 쉘 이론으로 구한 선형 좌굴하중과 잘 일치하였으나, 특정 적층각에 대해서는 두 하중이 서로 일치하지 않았다. 반면, 좌굴 모드는 모두 잘 일치하였다. 특히, [0˚/90˚/0˚]s 의 적층각을 가지는 두꺼운 복합재료 실린더의 경우에는 강성강화(stiffen?ng) 현상이 관찰되었다. 중간 두께(R/t=80)를 갖고 비교적 긴길이 (L/R/=5∼6)를 갖는 복합재료 실린더의 비틀림 좌굴하중과 실험 자료를 비교한 결과, 본 연구방법으로 실제 복합재료 실린더의 비틀림 좌굴하중을 잘 예측할 수 있음 확인하였다. 본 연구의 결과는 복합재료 실린더의 비틀림 좌굴에 대한 기준헤로 활용될 것으로 기대된다.
Abstract
▼
Composite cylinder is an important structural member in the industrial applications. Therefore, buckling of the cylinders due to the axial compression, bending, and hydrostatic loads have been intensive research topics during past decades. Relatively speaking, however, torsional buckling of the . co
Composite cylinder is an important structural member in the industrial applications. Therefore, buckling of the cylinders due to the axial compression, bending, and hydrostatic loads have been intensive research topics during past decades. Relatively speaking, however, torsional buckling of the . composite cylinders has not been studied. Considering that power is delivered through rotation of axles in most vehicles, we need to pay attention to the buckling of structures under torsion.
Torsional buckling problem can be accessed using the shell theories, the finite element method, and experiment Most papers adopted the shell theory to handle the torsional buckling of composite cylinders. However, buckling loads calculated from the shell theories tend to deviate from the one computed from other shell theories with different type of assumption on shear deformation. The finite element is usually fOlll1ulated based on the assumption that there is no thickness change. Thus, buckling loads of thick composite cylinders can be different depending on the type of element used for the analysis. By the way, experiment of the buckling under torsion load is difficult and expensive. Therefore, only a few papers on the experiment are available in the literatures
In the present work, the 9-node assumed strain shell element with 6 DOF per node is used for the buckling analysis of composite cylinders under torsion. The shell element allows deformation in the shell thickness and change of the normal vector is described using three components of the difference between the normal vector before· deformation and the one after deformation. The superior performance of the shell element interms oflocking alleviation, geometrically nonlinear analysis, and buckling analysis has been proved in the previous researches.
The torsional buckling load is pinpointed by searching the torsion load that makes the determinant of the tangent stiffness matrix zero in the course of the geometrically nonlinear analysis. Using the load parameter proposed by Bergan, the bifurcation load is distinguished from the limit load.
The calculated torsional buckling loads tend to agree well with the linear buckling loads for cylinders with only a particular ply orientation. Buckling modes coincide with the modes obtained from the linear buckling analysis using various shell theories. Stiffening of the cylinder is observed for thick composite cylinders with [0˚/90˚/0˚]s. Comparing the calculated buckling loads with experimental results for relatively long cylinders with R/t=80 and L/R/=5∼6, it is proved that the present method can estimate torsional buckling load of real composite cylinders. TIle present research are expected to provide reference solutions for the torsional buckling loads of composite cylinders.
목차 Contents
- 표지 ...1
- 목차 ...2
- 1. 제출문 ...3
- 2. 연구계획서 요약문 ...4
- 3. 연구내용 ...5
- 가. 연구결과 요약문(국. 영문) ...5
- 나. 서론 ...7
- 다. 연구방법 및 이론 ...8
- 라. 결과 및 고찰 ...12
- 마. 결론 ...20
- 바. 인용문헌 ...21
- 4. 논문발표목록서 및 자체평가서 ...22
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.