Abstract
Dynamic instability of rotating disks is the most significant factor to limit its rotating speed. Application of composite materials to rotating disks may enhance the dynamic stability leading to a possible design of rotating disks with lightweight and high speed. Whereas much work has been done on the effect of transverse shear and rotary inertia, called Timoshenko effect, on the dynamic behavior of plates, there is little work on the correlation between the effect and the rotation of disk, especially nothing in case of composite disks. The dynamic equations of a rotating composite disk are formulated with the Timoshenko effect and the vibrational analysis is performed by using a commercial package MSC/NASTRAN. According to the results, the Timoshenko effect goes seesaw in some modes, unlike the well-known fact that the effect decreases as the rotating speed increases. And it can be concluded, based only on the present results, that decrement of the Timoshenko effect by disk rotation grows larger as the thickness ratio decreases, the diameter ratio increases, the modulus ratio increases, and the mode number increases.
회전원판의 동적 불안정성은 회전속도를 제한하는 가장 중요한 요인이다. 복합재료를 회전원판에 적용시킬 경우 동적 안정성을 증가시킬 수 있어 경량화와 고속화를 동시에 이룰 수 있다. 티모쉔코 효과라고 불리는 횡전단변형과 회전관성이 판 구조물의 동적거동에 미치는 영향은 많은 연구가 진행되어왔으나 원판의 회전이 이 효과에 미치는 영향에 대한 연구는 극히 제한적이며 복합재료 원판의 경우는 전무한 실정이다. 본 연구에서는 티모쉔코 효과를 고려한 직교이방성 회전원판의 동적 방정식을 유도하였으며 상용 유한요소 프로그램인 MSC/NASTRAN을 이용하여 진동해석을 수행하였다. 해석결과에 따르면 특정 모드에서는 일반적으로 알려진 바와는 달리 회전수의 증가에 따라 티모쉔코 효과가 감소하다 증가하는 현상을 보였다. 또한 데이터만을 기초로 회전증가에 따른 티모쉔코 효과의 감소는 두께비가 작아질수록 증가하고, 반경비, 탄성계수 대 전단계수 비, 진동 모드 수가 커질수록 증가하는 것으로 결론지을 수 있다.