DOI QR코드

DOI QR Code

유한요소법 기반의 복합재료 블레이드 단면 특성치 계산에 관한 연구

A Study on Calculation of Cross-Section Properties for Composite Rotor Blades Using Finite Element Method

  • 박일주 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과 대학원) ;
  • 정성남 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과) ;
  • 조진연 (인하대학교 항공우주공학과) ;
  • 김도형 (한국항공우주연구원 로터팀)
  • 발행 : 2009.05.01

초록

유한요소법을 적용하여 고형, 박벽 및 혼합형 단면을 갖는 복합재료 블레이드의 2차원 단면 해석 프로그램을 개발하였다. 이종 적층 복합재료에 대한 물성치는 가중 계수법을 도입하여 결정하였다. 전단 중심치와 비틀림 강성 계수는 St. Venant 비틀림 이론 및 Trefftz 의 정의를 토대로 구하였다. 해석 과정에서 발생하는 단면 강성 행렬의 특이치 문제는 고유치 해석으로부터 강체 모드를 제거함으로써 해결하였다. 다양한 단면 형상에 대한 강성치, 중심치 및 관성치에 대한 수치계산을 수행하였다. 기존의 상용해석 소프트웨어 및 여타 문헌에 제시된 단면 해석 결과와 폭 넓은 비교, 검증 연구를 수행하였으며, 이를 토대로 본 해석 프로그램의 타당성을 보였다.

A two-dimensional cross-section analysis program based on the finite element method has been developed for composite blades with solid, thin-walled and compound cross-sections. The weighted-modulus method is introduced to determine the laminated composite material properties. The shear center and the torsion constant for any given section are calculated according to the Trefftz' definition and the St. Venant torsion theory, respectively. The singular value problem of cross-section stiffness properties faced during the section analysis has been solved by performing an eigenvalue analysis to remove the rigid body mode. Numerical results showing the accuracy of the program obtained for stiffness, offset and inertia properties are compared in this analysis. The current analysis results are validated with those obtained by commercial software and published data available in the literature and a good correlation has generally been achieved through a series of validation study.

키워드

참고문헌

  1. Johnson, W., CAMRADII Volume VI : Rotorcraft Input, Analytical Methods, Inc., 2004.
  2. Bauchau, O. A., DYMORE User's Manual, Georgia Institute of Technology, 2006.
  3. Bir, G. S, and Chopra I., University of maryland advanced rotorcraft code (UMARC) theory manual, 1994.
  4. Bir, G. S, User's Guide to PreComp, NREL, 2005.
  5. Yu, W, Volovoi, V. V., Hodges, D. H., and Hong, X., "Validation of the Variational Asymptotic Beam Sectional Analysis," AIAA Journal, Vol. 40, No. 10, 2002, pp. 2105-2112. https://doi.org/10.2514/2.1545
  6. Pilkey, W. D., Analysis and Design of Elastic Bemas, John Wiley & Sons, Inc., 2002.
  7. Jung, S. N., and Park, I. J., "Structural Behavior of Thin- and Thick-Walled Composite Blades with Multicell Sections", AIAA Journal, Vol. 43, No. 3, 2005, pp. 572-581. https://doi.org/10.2514/1.12864
  8. Peters, M., Hackl, K., "Numerical aspects of the eXtended finite element method", Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics, Vol. 5, No. 1, 2005, pp. 355-356. https://doi.org/10.1002/pamm.200510154
  9. Chandra, R., and Chopra, I., "Structural Response of Composite Beams and Blades with Elastic Couplings", Composites Engineering, Vol. 2, Nos. 5-7, 1992, pp. 347-374. https://doi.org/10.1016/0961-9526(92)90032-2
  10. MD Patran R2.1, MSC Software Corporation, Santa Ana, CA, 2008.
  11. MD Nastran R2.1, MSC Software Corporation, Santa Ana, CA, 2008.

피인용 문헌

  1. A Study on Composite Blade Analysis Library Development through Dimension Reduction/Recovery and Calculating Energy Release Rate vol.29, pp.1, 2016, https://doi.org/10.7234/composres.2016.29.1.016