축소 모델을 이용한 실린더 좌굴 해석 연구 = A Study on Buckling Analysis of The Cylinder Using Scale down Model of Cylinder

국문 초록 (Abstract)

얇은 쉘 구조 중에서 실린더 쉘 구조는 항공우주 분야에서 항공기 동체, 날개 및 로켓의 추진 탱크 등에 사용되고 있다. 이러한 구조는 축 방향 압축 하중을 받으며 정적 압축강도 보다 훨씬 낮은 응력에서 좌굴이 발생된다. 이로 인해 실린더 쉘 구조에 대한 좌굴 하중 예측이 필요하다. 실린더 쉘 구조의 좌굴 하중을 구하는 방법으로는 실험과 유한요소법이 있다. 실험을 통해 좌굴 하중을 측정할 경우 정확한 좌굴 하중을 도출할 수 있지만 많은 비용과 시간이 소요된다. 또한, 유한요소 해석의 경우 실린더 쉘 구조에 대한 모델 변경이 가능하여 다양한 실린더 쉘 구조에 대한 좌굴 하중을 예측할 수 있다. 하지만 실린더 쉘 구조의 크기와 요소 수에 따라 해석 시간이 많이 소요된다. 또한, 실린더 쉘 구조에 대한 유한요소 해석 시 형상 주기를 정의하기 어렵기 때문에 대칭 조건을 사용할 수 없다. 따라서 실린더의 좌굴에 대한 유한요소 해석 시 대칭 조건을 구현할 수 있는 기법이 필요하다.
본 논문에서는 실린더 좌굴 하중 해석 시 대칭 조건을 구현할 수 있는 기법을 제시하였다. 대칭 조건을 구현하기 위해 실린더의 축소 모델과 회전 스프링을 이용하였다. 축소 모델은 실린더를 30만큼 등분한 실린더 패널 형상이며 회전 스프링 강성 값은 리츠 법을 이용하여 도출하였다. 도출한 회전 스프링 강성 값과 축소 모델을 이용하여 유한요소해석을 수행하였고 그 결과와 실린더 좌굴 하중과 비교 분석하여 제시한 방법의 정확성을 검증하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 문헌 조사 3
• 1.3 연구 방법 4
• 제 2 장 연구 관련 이론 5
• 2.1 쉘의 굽힘 이론 5
• 2.2 실린더 쉘의 굽힘 이론 12
• 2.3 리츠 법 15
• 제 3 장 실린더 좌굴 하중 및 모드 계산 16
• 3.1 실린더의 좌굴 문제 정의 16
• 3.2 실린더의 형상 함수 17
• 3.3 실린더의 좌굴 하중 계산 18
• 제 4 장 실린더의 축소 모델을 이용하여 전체 모델의 좌굴 하중 예측 21
• 4.1 실린더의 축소 모델 정의 21
• 4.2 실린더의 축소 모델의 좌굴 문제 정의 22
• 4.3 축소 모델의 모드 형상함수 정의 23
• 4.4 실린더의 좌굴 하중을 예측하기 위한 회전 스프링 강성 계산 24
• 제 5 장 유한요소해석을 통한 축소 모델의 좌굴 해석기법 검증 28
• 5.1 실린더와 축소 모델의 유한요소 모델링 28
• 5.2 실린더 좌굴 하중에 대한 리츠 법과 유한요소해석 결과 비교 30
• 5.3 회전 스프링 강성 값 도출 34
• 5.4 축소 모델과 실린더의 좌굴 하중 비교 및 검증 39
• 제 6 장 결 론 51
• 참고문헌 52