An Optimum Design of Sandwich Panel at Fixed Edges

고정지지된 Sandwich Panel의 최적설계에 관한 연구

A sandwich element is a special Hybrid structural form of the composite construction, which is consisted of three main parts : thin, stiff and relatively high density faces separated by a thick, light, and weaker core material. In a sandwich construction, the shear deformation of the faces. Therefore, in the calculation of the bending stiffness, the shear effect should be included. In this paper, the minimum weight is selected as an object function, as the weight critical structures are usually composed of these kind of construction. To obtain the minimum weight of sandwich panel, the principle of minimum potential energy is used and as for the design constraints, the allowable bending stress of face material, the allowable shear stress of core material, the allowable value of panel deflection and the wrinkling stress of faces are adopted, as well as the different boundary conditions. For the engineering purpose of sandwich panel design, the results are tabulated, which are calculated by using the nonlinear optimization technique SUMT.

Sandwich구조는 복합구조의 특별한 hybrid구조의 형태로써 두 층의 얇은 표면재와 가운데 두꺼운 층인 경량의 심재로 구성되어 있으며, 이는 표면재와 심재가 접착된 일체로써 서로의 단점을 보완하면서 구조 효율을 높인 형상이다. 또한 심재는 표면재에 비해서 상당히 두꺼운 두께를 갖기 때문에 전단 변형이 중요하므로 굽힘 강성도(bending stiffness) 계산에 전단효과가 고려되어야 한다. 구조 설계에서 중요한 목적은 중량 감소에 있기 때문에 본 논문에서는 sandwich panel의 설계시 표면재와 심재의 두께 및 재질을 변화시켜 제한조건에 맞는 최소 중량을 얻는 데 중점을 두었다. 본 해석에서 sandwich panel의 최소중량을 얻기 위하여 표면재와 전단력을 고려한 심재의 변형에 따른 변형에너지를 각각 계산한 후, 최소 potential 에너지 원리를 적용하여 목적함수의 최적치를 구하였다. 설계 제한조건으로는 허용 처짐, 허용 굽힘응력, 허용 전단응력과 국부적인 불안정 상태의 wrinkling 응력이 고려되었으며, 설계 모델은 수직 분포 하중에 의한 여러가지 경계조건에 따른 sandwich panel을 대상으로 하였다. 비선형 최적화 기법은 Nelder and Mead Simplex Search Method와 Hooke and Jeeves Pattern Search method에 External Penalty Function이 적용된 SUMT방법을 결합시킨 SUMTNM와 SUMTHJ를 사용하였으며, 해석 결과는 sandwich panel의 구조 설계에 활용할 수 있도록 표를 작성하였다.