Abstract
In an effort to construct a structure under the design principle of minimal use of materials for maximum performances, a discrete gradient structure has been introduced in laminate composite systems. Using a sequential linear programming method, the gradient structure of composites to maximize the buckling load was optimized in terms of fiber volume fraction and thickness of each layer. The buckling load showed maximum value with the outmost [$0^{\circ}$] layer concentrated by almost all the fibers when the ratio of length to width(aspect ratio) was less than 1.0. But when the aspect ratio was 2.0, the optimum was determined in a structure where the thickness and fiber volume fraction were well-balanced in each layer. From the optimization of gradient structure, the optimal fiber volume fraction and thickness of each layer were proposed. Gradient structures have also shown an advantage in the weight reduction of composites compared with the conventional homogeneous structures.
종횡비가 다른 적층복합재료에 경사형 구조를 도입하고, 이것이 일방향으로의 하중을 받을 때의 좌굴특성을 최대화하기 위해서 복합재료의 각 층에서의 섬유부피분율과 두께를 변수로 sequential linear programming method를 이용하여 최적화 하였다. 이로부터 좌굴특성을 최대화 할 수 있는 최적구조를 제안하였다. 적층복합재료는 종횡비의 영향이 커서 종횡비가 1보다 작은 경우는 최외각층의 섬유부피분율을 최대화하는 방향으로 최적화가 이루어졌으나 종횡비가 2인 경우는 각층에서의 섬유부피분율과 두께비가 어느 정도 균형을 이루는 형태로 최적화가 이루어 졌다. 경사형 구조는 전통적인 균일구조의 복합재료에 비해서 섬유부피와 복합재료의 무게 절감에 큰 효과를 가지는 것으로 확인되었다.
