초록 ▼

임의의 적층각을 가지는 평직복합재료로 된 시험편에 대하여 미세구조를 몬테 카 를로법을 이용하여 모델링하고 수치실험을 통하여 등가물성치를 계산하는 것이 본 연구의 목표이다. 기존에 수행된 직물복합재료의 등가물성치 예측에 대한 수치적 연구는 주로 단위 구조해석에 의한 것이었다. 이 방법은 직물복합재료의 미세구조가 기하학적 주기성 을 가지고 있는것에 근거하여 반복되는 최소 단위구조를 떼어낸 후 그 경계에 반복 경계조건을 가하여 해석을 수행하게 된다. 그러나 직물복합재료가 임의의 적층각을 가지고 적층되었을 경우 미세구조의 반복주기는 무한대

임의의 적층각을 가지는 평직복합재료로 된 시험편에 대하여 미세구조를 몬테 카 를로법을 이용하여 모델링하고 수치실험을 통하여 등가물성치를 계산하는 것이 본 연구의 목표이다. 기존에 수행된 직물복합재료의 등가물성치 예측에 대한 수치적 연구는 주로 단위 구조해석에 의한 것이었다. 이 방법은 직물복합재료의 미세구조가 기하학적 주기성 을 가지고 있는것에 근거하여 반복되는 최소 단위구조를 떼어낸 후 그 경계에 반복 경계조건을 가하여 해석을 수행하게 된다. 그러나 직물복합재료가 임의의 적층각을 가지고 적층되었을 경우 미세구조의 반복주기는 무한대가 되어 단위구조 자체가 정 의되지 않으므로 이 방법을 쓸 수 없다. 일방향 복합재료(Unidirectional Laminates) 의 경우 고전적층판이론(CLT)등을 사용하여 등가물성치를 계산할 수 있으나, 직물 복합재료는 성긴 미세구조로 인하여 두께방향으로의 균일도가 낮으므로 상대적으로 큰 오차가 발생하게 된다. 본 연구에서는 임의의 적층각을 가지는 평직복합재료 시험편 전체에 대하여 미세 구조를 모델링하고 수치실험을 통하여 등가물성치를 계산하고자 한다. 두께방향으로 상호이동(shift)되어 적층되는 평직복합재료의 미세구조(섬유다발)의 배열은 실수적 으로 무한대에 이르므로, 여기서는 지정된 경우의 수에 대하여 몬테 카를로법을 이 용하여 모델링을 수행하고 해석하게 될 것이다. 또한 평직복합재료의 미세구조를 전 통적인 유한요소를 사용하여 개별적으로 모델링하면 많은 전산용량을 요구하여 비효 율적이므로 본 연구에서는 마크로요소(Macro-element)를 사용하여 계산을 수행한다. 계산결과들은 통계적으로 처리되어 등가물성치의 평균값과 표준편차 등을 제시하고, 또한 고전적층판이론으로 계산한 값과 비교하여 그 차이를 역학적 관점에서 고찰하 고자 한다. 첨단 항공우주구조물에 주로 사용되고 있는 직물복합재료는 모든 방향으로 균형된 물성치 및 우수한 성형성 등 많은 장점을 가지고 있으나, 등가물성치를 구하기가 어 렵고 또한 낮은 균일도를 가지고 있어서 그 값에 편차가 매우 큰 단점이 있다. 또한 적층 구조물의 경우 고전적층판이론을 사용하여 계산하는 것이 보통이다. 본 연구에 서는 실제 크기의 적층된 평직복합재료 시험편에 대하여 보다 정확한 등가물성치의 값과 표준편차를 제시함으로써 설계자가 어느정도의 신뢰범위 내에서 구조설계를 수 행하고 있는지를 정량화하는데 도움을 줄 수 있을 것이다.

Abstract ▼

In this study, effective elastic properties were calculated for laminated plain weave textile composites with arbitrary orientation angles by numerical experiment employing Monte Carlo Method. Effective properties of woven textile composites have been mostly calculated by unit cell analysis. This ap

In this study, effective elastic properties were calculated for laminated plain weave textile composites with arbitrary orientation angles by numerical experiment employing Monte Carlo Method. Effective properties of woven textile composites have been mostly calculated by unit cell analysis. This approach focuses on the minimum repeating block called unit cells, for which the analysis are performed with periodic boundary conditions. In realistic woven composite laminates, however, the unit cell analysis cannot be applied since one cannot define the unit cell itself due to infinite periodic length. In the case of unidirectional laminated composites, the effective properties can be calculated using, for example, the CLT. This, however, does not produce accurate results for woven composites due to the course microstructure. In this study, the effective elastic properties were numerically calculated for laminated plain weave textile composites with arbitrary stacking orientation angles. A single-field macroelement with modified sub-domain integration was used in the analysis to reduce computer resource requirement while efficiently accounting for the internal microstructure. A sample calculation procedure based on the Monte Carlo method was employed to consider the random shift between the layers. Results were treated statistically and the average values for the elastic moduli as well as the variance values were presented. The effect of stacking orientation angles was also assessed in terms of through-the-thickness interactions of the microstructure. In this study, single-field macroelements and a sample analysis procedure based on the Monte Carlo method were used to calculate the effective properties for plain weave composites stacked with arbitrary orientation angles. The accuracy of the macroelement was established and the size of the numerical specimen was determined by as series of convergence study. Results showed that significant deviation occurred when the orientation angles were near 0 deg for extensional modulus and Poisson's ratio and 45 deg for the shear modulus. It was also found that the average properties calculated by the 2-layer numerical specimen had large differences compared to the CLT results, which indicated that a caution must be used when designing of thin plain weave composite structures

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...7
• 3. 결과 및 고찰...11
• 4. 결론...17
• 5. 인용문헌...18