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두께 방향 섬유체적비 불균일이 원통형 복합재 격자 구조 좌굴하중에 미치는 영향
공승택 ( Seung-taek Kong ),전민혁 ( Min-hyeok Jeon ),김인걸 ( In-gul Kim ),이상우 ( Sang-woo Lee ) 한국복합재료학회 2021 Composites research Vol.34 No.2
본 논문에서는 필라멘트 와인딩 공정에서 발생하는 두께 방향 섬유체적비 불균일이 원통형 복합재 격자 구조의 좌굴하중에 미치는 영향을 확인하기 위해서 Vasiliev가 제안한 원통형 복합재 격자 구조 좌굴하중 이론식을 변형하여 섬유체적비에 따른 좌굴하중 저하를 확인하였다. 섬유체적비에 따라 격자 구조 리브의 각 층의 두께를 달리하였으며, 혼합법칙을 사용하여 각 층별로 물성치를 다르게 적용하였다. 구조물 크기, 두께, 섬유체적비 평균값을 달리한 유한요소모델에 대한 선형좌굴해석을 수행하였다. 최종적으로 이론식을 사용한 등가모델의 좌굴하중 계산 결과와 유한요소해석 결과를 비교하여 두께 방향 섬유체적비 불균일이 원통형 복합재 격자 구조의 좌굴하중 저하의 원인이 될 수 있음을 확인하였다. In this paper, in order to examine the effect of fiber volume fraction non-uniformity in thickness direction on the buckling load of cylindrical composite lattice structures, we modified the equation of buckling load of the cylindrical composite lattice structures proposed by Vasiliev. The thickness of each layer of the rib was varied by fiber volume fraction, and material properties were applied differently by using the rule of mixture. Also, we performed linear buckling analysis by varying the structure size, thickness, and average value of the fiber volume fraction of finite element model. Finally, by comparing the calculation results of the buckling load of the equivalent model using the modified buckling load equation and the results of the finite element analysis, we found that the fiber volume fraction non-uniformity in thickness direction can reduce the buckling load of the cylindrical composite lattice structure.
Vibration Correlation Technique을 이용한 내부 압력을 받는 금속재 단순 원통 구조의 비파괴적 전역 좌굴 하중 예측
전민혁(Min-Hyeok Jeon),공승택(Seung-Taek Kong),조현준(Hyun-Jun Cho),김인걸(In-Gul Kim),박재상(Jae-Sang Park),유준태(Joon-Tae Yoo),윤영하(Yeoung-Ha Yoon) 한국항공우주학회 2022 韓國航空宇宙學會誌 Vol.50 No.2
내부 압력과 압축하중을 받는 발사체 추진제 탱크 구조의 좌굴 하중을 비파괴적으로 예측할 수 있는 기법이 필요하다. 기하학적 초기 결함이 존재하는 단순 원통 구조의 전역 좌굴 하중은 좌굴이 발생하지 않는 범위에서의 고유진동수-압축하중의 상관관계를 이용한 Vibration correlation technique (VCT)을 사용하여 비파괴적으로 예측 가능하다. 본 연구에서는 내부 압력과 압축하중을 동시에 받는 추진제 탱크 구조 형태인 얇은 금속재 단순 원통 구조의 진동 및 좌굴 시험을 수행하였고 VCT를 이용하여 전역 좌굴 하중을 예측하였다. 두께가 얇은 구조의 진동 시험을 위해 스피커를 이용한 비접촉식 가진 방법을 이용하였고 응답은 고분자 압전 센서(PVDF)로 측정하였다. VCT로 예측된 전역 좌굴 하중을 좌굴 시험에서 측정된 좌굴 하중과 비교하여 비파괴적 전역 좌굴하중 예측 기법을 검증하였다. Nondestructive method to predict buckling load for the propellant tank of launch vehicle should be evaluated. Vibration correlation technique can predict the global buckling load of unstiffened cylindrical structure with geometric initial imperfection using correlation of natural frequency and compressive load from compressive test below the buckling load. In this study, vibration and buckling tests of a thin metal unstiffened propellant tank model subjected to internal pressure and compressive loads were performed and the test results were used for VCT to predict global buckling load. For the vibration test of thin structure, non-contact excitation method using a speaker was used. The response was measured with piezoelectric polymer(PVDF) sensor. Prediction results of VCT were compared with the measured buckling load in the test and the nondestructive global buckling load prediction method was verified.