초록 ▼

본 과제는 임의의 단면형상, 재료의 이방성 그리고 초기 비틀림 각을 갖는 최신의 항공기 날개나 헬리콥터 블레이드, 그리고 풍차 블레이드 등과 같이 균일 및 비균일 특성을 갖는 복합재료 보에 대한 통합 모델링 체계를 정립하고 이를 이용하여 고효율의 정적 및 동적 고유진동 해석을 실시하여 본 연구의 적정성 및 효율성을 입증하는 데에 있다.
본 연구가 추구하는 복합재료 보 이론은 Reissner의 반보족 함수를 이용한 혼합 변분 보 이론의 한 형태로써, 변위성분에 의해 정식화 과정을 진행하면서 동시에 단면의 전단응력 성분을 미지수로

본 과제는 임의의 단면형상, 재료의 이방성 그리고 초기 비틀림 각을 갖는 최신의 항공기 날개나 헬리콥터 블레이드, 그리고 풍차 블레이드 등과 같이 균일 및 비균일 특성을 갖는 복합재료 보에 대한 통합 모델링 체계를 정립하고 이를 이용하여 고효율의 정적 및 동적 고유진동 해석을 실시하여 본 연구의 적정성 및 효율성을 입증하는 데에 있다.
본 연구가 추구하는 복합재료 보 이론은 Reissner의 반보족 함수를 이용한 혼합 변분 보 이론의 한 형태로써, 변위성분에 의해 정식화 과정을 진행하면서 동시에 단면의 전단응력 성분을 미지수로 수식전개를 기하는 점에서 고정밀도의 해석결과를 기대함과 동시에 수식전개의 용이성을 동시에 얻게 되는 특징이 있다. 성공적인 복합재료 보 이론의 정립을 위해서는 본질적으로 3차원 특성을 갖는 보 구조물을 2차원 단면 요소와 1차원 보로 적절히 구분하고 기하학적 변형형상 등을 고려하여 2차원 각(shell) 변형량들을 1차원 보 자유도로 기술하는 데에 있다. 이때 2차원 단면의 구성방정식에 대한 적절한 설정 여부가 결과적인 해의 정확도를 제고하는 데 매우 중요한 요소가 된다. 본 연구에서는 기존의 보 이론들에서 적용해온 여러 가지 형태의 구성방정식들을 혼합 보 해석과 결합하여 새로운 형태의 구성방정식을 제안하여 그 유효성을 입증하였다. 또한, 일반 항공기의 날개나 헬리콥터 블레이드에서와 같이 다중세포로 구성된 비균일 블레이드에 대한 정식화 및 정하중 해석을 실시하여 혼합 보 이론의 해석영역을 확장하였다. 이와 더불어 보다 엄격한 가정에 입각하여 초기 비틀림각을 모델링함으로써 보의 비균일 단면 특징을 고려하기 위한 기초연구를 수행하였다.
본 연구를 수행함으로써 기존의 복합재료 보 해석에 관한 혼합 보이론 체계를 개편하여 폐쇄형 및 개방형 단면, 단일 및 다중세포 단면, 그리고 균일 및 비균일 단면을 포함하는 통합 보 해석 모델의 기본 토대를 확립하였다. 특히 보 해석의 정밀도 확보에 필수 요소인 단면의 구성방정식을 새롭게 설정하였으며, 굽힘-비틀림및 인장-비틀림 적층 구조를 갖는 복합재료 단면 보에 대한 정하중 해석을 실시하고 새로운 구성방정식의 설정여부가 결과적인 해의 정확도에 미치는 영향을 명확히 입증할 수 있는 연구결과를 제시하였다. 아울러 초기 비틀림각과 같은 보의 비균일 특성을 모델링하여 상용 구조해석 프로그램 등과 비교하여 본 연구의 타당성을 입증하였다.

Abstract ▼

The purpose of this research is to develop an accurate and high reliable one-dimensional beam theory for uniform/non-uniform composite blades with arbitrary sectional profiles and anisotropy without using detailed finite element analysis.
The important thing to obtain this goal is to develop an a

The purpose of this research is to develop an accurate and high reliable one-dimensional beam theory for uniform/non-uniform composite blades with arbitrary sectional profiles and anisotropy without using detailed finite element analysis.
The important thing to obtain this goal is to develop an appropriate two-dimensional cross-sectional shell model which can readily be related with beam variables. Capturing in- and out-of-plane warping deformation for the beam is an important factor to achieve this goal. In the present work, a mixed variational beam formulation incorporating non-uniform beam properties is performed by using the Classical Lamination Shell Theory and the Reissner's semi-complimentary energy functional. Closed form expressions for the generalized beam stiffness coefficients and the distribution of transverse shear are obtained within the framework of the analysis. The developed theory can be applied to beams of arbitrary cross-sections and material distribution and deals with the effects of shell wall thickness, planform taper, torsion warping, warping restraint and transverse shear deformation. The effects of pretwist are also incorporated in the analysis. The theory is validated with detailed finite element analysis results and other theoretical predictions available in the literature.
The proposed mixed beam theory has superior characteristics over the conventional theory in that the model can describe the extension-bending-torsion coupled behavior of composite blades in a highly accurate manner. This is achieved by applying the modified Reissner's functional that combines both the stiffness and the flexibility formulation. The model is extremely useful in dealing with arbitrary cross-sectional geometries and material distributions. The model can be further extended to cover the comprehensive aeroelastic analysis of composite helicopter rotor blades or wind turbine blades.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문 ...3
• 1. 국문요약문 ...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ...4
• 1. 국문요약문 ...4
• 2. 영문요약문 ...5
• Ⅲ. 연구내용 ...6
• 1. 서론 ...6
• 2. 연구방법 및 이론 ...8
• 3. 결과 및 고찰 ...13
• 4. 결론 ...19
• 5. 인용문헌 ...20