Nonlinear Strength Analysis of Laminated Composite Cylindrical Shells for the Optimum Laminate Structure

복합적층 원통형구각의 최적구조를 위한 비선형해석

This study deals with the nonlinear strength analysis of laminated composite cylindrical shells to find the optimum structure of pressure vessel. By applying the F.E.M. using the 8-node degenerated Isoparametric shell element and Total Lagrangian formulation and being adopted Newton-Raphson method with incremental load as a solution scheme. the optimum structure is found from the viewpoint of minimum displacement. As a results of linear analysis on the 9 cases of laminated structure, $[50^{\circ}/-50^{\circ}]$ composition of the shell laminate give the minimum deflection. In case of the nonlinear analysis by applying Quadratic Failure Criteria on laminated combination $[{\theta}^{\circ}/-{\theta}^{\circ}]$, shell laminate structure of ${\theta}=50^{\circ}$ under external uniform pressure was founded as a optimum structure and ${\theta}=50^{\circ}$ for the case of external and axial loading combined.

본 해석에서는 압력용기를 설계하기 위하여 복합적층된 원통형 구각의 비선형 해석을 유한요소법으로 수행하였다. 적층순서의 변화에 따라 최소변위 또는 최대압력을 갖는 최적의 적층구조를 얻기 위하여 8절점 Isoparametric 격하요소를 사용하며 구조요소의 비선형거동은 Total Lagrangian 수식과 하중증분법을 적용하여 해석하며 평형반복수렴은 Newton-Raphson Method를 이용하였다. 선형해석의 경우에 9가지 적층구조를 선정하여 하중조건이 내압일때 최소변위를 나타내는 적층구조를 조사한 결과 $[50^{\circ}/-50^{\circ}]$의 최적구조를 구하였고 적층순서를 $[{\theta}^{\circ}/{-\theta}^{\circ}]$로 하여 비선형해석과 동시에 Quadratic Failure Criteria를 적용하였을 때 하중조건이 외압만을 고려하는 상태에서도 $\theta=50^{\circ}$가 최소 변위비를 나타내었고 외압과 축하중을 동시에 고려한 상태에서는 $\theta=90^{\circ}$였다.