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다양한 두께비와 세장비를 고려한 복합재 원통 구조의 좌굴 Knockdown factor의 도출
김도영(Do-Young Kim),심창훈(Chang-Hoon Sim),김한일(Han-Il Kim),박재상(Jae-Sang Park),유준태(Joon-Tae Yoo),윤영하(Young-Ha Yoon),이기주(Keejoo Lee) 한국항공우주학회 2021 韓國航空宇宙學會誌 Vol.49 No.4
본 연구에서는 우주 발사체의 복합재 추진제 탱크 구조의 경량 설계를 위하여 좌굴 Knockdown factor를 ABAQUS를 이용한 수치해석 기반으로 새롭게 도출하였다. 복합재 원통 구조의 다양한 두께비(R/t)와 세장비(L/R)를 적절히 고려하였으며, 기하학적 초기 결함을 Single Perturbation Load Approach를 이용하여 구현하였다. 두께비 = 500 및 세장비 = 2.04를 갖는 복합재 원통 구조의 모델의 경우, NASA의 기존 좌굴 설계 기준보다 약 84.38%만큼 좌굴 Knockdown factor가 높게 도출되어 본 연구의 좌굴 설계 기준을 이용할 경우 복합재 추진제 탱크의 경량 구조 설계가 가능함을 확인하였다. 더불어, 복합재 원통 구조의 두께비와 세장비가 각각 증가함에 따라 전역 좌굴 하중과 좌굴 Knockdown factor가 모두 감소하는 경향을 알 수 있었다. This paper derives numerically new buckling Knockdown factors for the lightweight design of the composite propellant tanks for space launch vehicles. A nonlinear finite element analysis code, ABAQUS, is used for the present postbuckling analysis of composite cylinders under compressive loads. Various thickness ratios (R/t) and slenderness ratios (L/R) are considered and Single Perturbation Load Approach is applied to represent the geometric initial imperfection of the composite cylinder. For the composite cylinder with thickness ratio of 500 and slenderness ratio of 2.04, the buckling Knockdown factor derived in this work is higher by 84.38% than NASA‘s previous buckling design criteria. Therefore, it is investigated that a lightweight design is possible when the present Knockdown factors are used for the design of composite propellant tanks. In addition, it is shown that global buckling loads and buckling Knockdown factors decrease as the thickness ratio or slenderness ratio of composite cylinders increases.
초기 결함 조건 모델에 따른 복합재 원통 구조의 좌굴 Knockdown factor 도출
김도영 ( Do-young Kim ),심창훈 ( Chang-hoon Sim ),박재상 ( Jae-sang Park ),유준태 ( Joon-tae Yoo ),윤영하 ( Young-ha Yoon ),이기주 ( Keejoo Lee ) 한국복합재료학회 2021 Composites research Vol.34 No.5
본 연구에서는 압축력을 받는 얇은 복합재 원통 구조에 대하여 기하학적 혹은 하중에 대한 초기 결함 모델을 이용하여 수치해석적으로 좌굴 Knockdown factor를 새롭게 도출하였다. 전역 좌굴이 발생하기 이전에 타원형상의 변형 형상을 갖는 복합재 원통 구조를 사용하였다. 복합재 원통 구조의 기하학적 초기 결함만 고려하기 위하여 Single Perturbation Load Approach를 이용하였으며, 기하학적 초기 결함과 더불어 하중 불균일을 함께 구현하기 위하여 Single Boundary Perturbation Approach를 사용하였다. 기하학적 초기 결함 모델의 좌굴 Knockdown factor는 NASA의 기존의 좌굴 Knockdown factor보다 약 84% 높게 도출되었으며, 좌굴 시험에 비하여서는 약 9% 낮게 도출되었다. 기하학적 초기 결함과 하중 불균일을 함께 고려하는 모델의 좌굴 Knockdown factor는 NASA의 좌굴 Knockdown factor에 비하여서는 약 75% 높게, 그리고 좌굴 시험보다 약 14% 낮게 계산되었다. 따라서, 본 연구의 좌굴 설계 기준은 고려된 초기 결함 모델과 상관없이 기존의 좌굴 설계 기준에 비하여 경량 설계의 제공이 가능함과 동시에 좌굴 시험 대비 적절히 보수적인 설계 기준을 제공할 수 있음을 확인하였다. This paper derives numerically the buckling Knockdown factors using two different initial imperfection models, such as geometric and loading imperfection models, to investigate the unstiffened composite cylinder with an ellipse pre-buckling deformation pattern. Single Perturbation Load Approach (SPLA) is applied to represent the geometric initial imperfection of a thin-walled composite cylinder; while Single Boundary Perturbation Approach (SBPA) is used to represent the geometric and loading imperfections simultaneously. The buckling Knockdown factor derived using SPLA is higher than NASA’s buckling design criteria by approximately 84%, and lower than buckling test result by 9%. The buckling Knockdown factor using SBPA is higher than NASA’s buckling design criteria by about 75%, and 14% lower than the buckling test result. Therefore, it is shown that the buckling Knockdown factors derived in this study can provide a lightweight design compared to the previous buckling design criteria while they give reasonably a conservative design compared to the buckling test for both the initial imperfection models.
제비꽃속(Viola) 식물에서 tryptophan과 tryptamine 공급이 멜라토닌 생성에 미치는 영향
Yeojae Kim(김여재),Young Ha Yoon(윤영하),Woong June Park(박웅준) 한국생명과학회 2011 생명과학회지 Vol.21 No.2
동물호르몬으로 알려진 멜라토닌(melatonin)은 동물뿐 아니라 고등 식물을 포함한 다양한 생명체에 존재한다. 식물에서는 쌍떡잎 식물과 외떡잎 식물에 멜라토닌이 널리 존재하며 일부 약용 식물에는 다량으로 함유되어 있지만 아직 그 생합성 과정과 생리학적 기능은 확립되지 않았다. 본 연구에서는 reverse phase HPLC 분석을 통하여 이제까지 분석이 이루어지지 않았던 여러 제비꽃속(Viola) 식물들에 멜라토닌이 고르게 분포한다는 사실을 확인하였다. 그 다음 제비꽃속 식물들의 잎 절편을 배양하며 멜라토닌의 최초 전구체로 제안된 tryptophan (Trp)과이의 탈카르복시화(decarboxylation) 중간산물인 tryptamine (TAM)을 공급하였다. 그 결과 Trp을 공급하면 멜라토닌 생성에 영향을 미치지 않았지만 TAM을 공급한 경우에는 멜라토닌의 함량이 증가하였다. TAM은 Trp에서 유래하므로 Trp ? TAM 경로가 제비꽃속 식물에도 존재하는 것으로 판단되며, Trp 공급이 멜라토닌 함량에 영향을 미치지 않는 결과는 Trp을 TAM으로 전환하는 탈카르복시화 과정이 식물 멜라토닌 생합성 과정의 속도결정단계일 것이라는 가설을 지지하는 것으로 사료된다. Melatonin has been known as an animal hormone. However, melatonin exists in diverse organisms including higher plants. The biosynthesis and physiological roles for melatonin in plants is still largely unknown, although both dicot and monocot plants have melatonin and some medicinal plants even contain large amounts of melatonin. In this study we detected melatonin in diverse Viola plants, in which melatonin had not been examined so far, by reverse phase HPLC analysis, demonstrating the wide existence of melatonin in the genus of Viola. We then fed tryptophan (Trp) and tryptamine (TAM) to the incubation medium for Viola leaf sections to test their effects on melatonin formation. Trp is also the hypothesized starting material of melatonin in plants, and TAM is the following intermediate produced by the decarboxylation of Trp. Trp feeding did not affect the contents of melatonin. In contrast, TAM feeding clearly increased the level of melatonin in Viola leaves. Because TAM is derived from Trp, we concluded that the Trp?TAM pathway exists in Viola plants as well. Ineffectiveness of Trp feeding to the change of melatonin contents supports the hypothesis that the decarboxylation step from Trp to TAM is the rate-limiting step in plant melatonin biosynthesis.
문종근(Jong-Keun Moon),윤영하(Young-Ha Yoon),김승조(Seung-Jo Kim),김경원(Kyung-Won Kim),김선원(Sun-Won Kim),김진희(Jin-Hee Kim) 한국항공우주학회 2007 韓國航空宇宙學會誌 Vol.35 No.11
본 연구는 병렬 컴퓨팅 기반에서 자동화된 격자 생성 기법과 입자 군집 최적화(PSO) 알고리즘을 적용한 최적 설계 프레임워크를 개발하여 이를 인공위성 어댑터 모듈의 구조 최 적 설계에 적용하였다. 자동화된 격자 생성 기법을 적용하여 구조 형상 변화를 가능하게 함으로써 폭넓은 범위에서 최적 형상 모델을 도출할 수 있었다. 또한 최적화 알고리즘인 PSO 알고리즘을 병렬 계산환경과 접목하고, 계산 성능을 최대화하기 위해 비동기식 PSO 알고리즘을 개발하였다. 그 결과 최적화에 걸리는 계산 시간을 줄일 수 있었다. 최적화 작업에서 제한 조건으로는 고유진동수와 어댑터에 발생하는 최대 응력 값을 고려하였다. 결과적으로 인공위성 어댑터 모듈의 최적 설계를 통해 인공위성 구조 질량 감소를 유도해 내었다. In this paper, optimal design framework is developed by automatic mesh generation and PSO(Particle Swarm Optimization) algorithm based on parallel computing environment and applied to structural optimal design of satellite adapter module. By applying automatic mesh generation, it became possible to change the structural shape of adapter module. PSO algorithm was merged with parallel computing environment and for maximizing a computing performance, asynchronous PSO algorithm was developed and could reduce the computing time of optimization process. As constraint conditions, eigen-frequency and maximum stress was considered. Finally using optimal design framework, weight reduction of satellite adapter module is derived with satisfaction of structural safety.
이승윤(Rhee, Seung Yun),김광수(Kim, Kwangsoo),윤영하(Yoon, Young-Ha),이무근(Yi, Moo-Keun) 한국항공우주연구원 2020 항공우주산업기술동향 Vol.18 No.2
전통적으로 액체수소(LH2)나 액체산소(LOX)와 같은 극저온 연료를 저장하기 위한 우주발사체 추진제 탱크는 금속재를 이용하여 제작되어 왔다. 하지만, 발사체 전체 건조중량 대비 약 60%를 차지하는 추진제 탱크를 우수한 비강도를 갖는 탄소섬유 복합재를 이용하여 제작한다면 발사체의 중량을 획기적으로 줄일 수 있어 효율적이다. 최근 들어 미국, 유럽, 뉴질랜드 등 우주발사체 선진국을 중심으로 복합재로만 제작되는 추진제 탱크를 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 이러한 복합재 추진제 탱크의 국내외 개발 현황을 살펴보고 향후 개발 방향에 대해 논하고자 한다. Traditionally, the propellant tanks for the space launch vehicles have been manufactured out of metals to carry the cryogenic fuels such as liquid hydrogen (LH2) and liquid oxygen (LOX). However, the weight of the launch vehicle will be reduced considerably if we can manufacture the propellant tanks out of the carbon fiber-reinforced composite materials which have superior high strength-to-weight ratio, because typically about 60% of total dry mass of a launch vehicle consists of the propellant tanks. So recently many researches and projects have been conducted to develop the all-composite propellant tank in US, Europe, and New Zealand. In this paper, we introduce the current status of development of the composite propellant tanks for a launch vehicle.