Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences (한국항공우주학회지)

The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences (한국항공우주학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Buckling of Filament Wound Thick Composite Cylinders under External Hydrostatic Pressure

외부 수압을 받는 필라멘트 와인딩 후판 복합재 원통의 좌굴 연구

  • 문철진 (경상대학교 대학원 항공우주공학과) ;
  • 허성화 (경상대학교 대학원 항공우주공학과) ;
  • 안정희 (경상대학교 대학원 항공우주공학과) ;
  • 권진회 (경상대학교 항공기부품기술연구소) ;
  • 최진호 (경상대학교 항공기부품기술연구소) ;
  • 조종래 (한국해양대학교 기계정보공학부) ;
  • 조상래 (울산대학교 조선해양공학부)
  • Published : 2009.02.01
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

The buckling and failure of filament wound thick composite cylinders under external hydrostatic pressure were investigated by the finite element analysis and test. ACOS, MSC.NASTRAN, and MSC.MARC were used for finite element analysis. T700 carbon-epoxy filament wound composite cylinders were fabricated to have winding angles of $[\pm30/90]_{FW}$, $[\pm45/90]_{FW}$, $[\pm60]_{FW}$, $[\pm60/90]_{FW}$, and tested to verify the finite element analysis. Among the softwares, ACOS predicted buckling load the best with about 1.7~14.3% deviation from test. Analysis and test shows cylinders do not recover the initial buckling pressure after buckling and directly lead to final failure.

외부 수압을 받는 필라멘트 와인딩 후판 복합재 원통의 좌굴 및 파손을 유한요소법과 시험으로 연구하였다. 자체 개발 프로그램인 ACOS와 상업용 프로그램인 MSC.NASTRAN(선형)과 MSC.MARC(비선형)를 이용한 유한요소해석을 수행하였다. 복합재 원통 시편은 T700 카본-에폭시로 필라멘르 와인딩 기법에 의해 $[\pm30/90]_{FW}$, $[\pm45/90]_{FW}$, $[\pm60]_{FW}$, $[\pm60/90]_{FW}$의 각도로 제작하여 수압시험을 수행하였다. 사용한 세 가지 프로그램 중 ACOS가 시험값과 1.7~14.3%의 차이를 보이며 좌굴 압력을 가장 잘 예측하였다. 모든 경우에 좌굴 후 지지하중이 초기 좌굴하중보다 커지지 못하고 최종파손으로 연결되었다.

Keywords

References

  1. C. T. F. Ross, "A Conceptual Design of an Underwater Vehicle", Ocean Engineering, Vol. 33, 2006, pp. 2087-2104 https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2005.11.005
  2. C. S. Smith, "Design of Submersible Pressure Hulls in Composite Materials", Marine Structures Vol. 4, 1991, pp. 141-182 https://doi.org/10.1016/0951-8339(91)90018-7
  3. V. Carvelli, N. Pan zeri, C. Poggi, "Buckling strength of GFRP under-water vehicles", Composites, Vol. 32, 2001, pp .89-101 https://doi.org/10.1016/S1359-8368(00)00063-9
  4. 정태환, 이종무, 홍석원, 김진봉, 안진우, “복합재 반자율 무인잠수정(SAUV)의 내압선체 설계, 구조해석 및 내압시험 결과에 과나한 검토”, 한국해양공학회지, 제18권 2004, pp. 52-58
  5. S. W. Gong, K. Y. Lam, "Transient Response of Stiffened Composite Submersible Hull Subjected Underwater Explosive Shock", Composite Structures, Vol. 41, 1998, pp. 27-37 https://doi.org/10.1016/S0263-8223(98)00016-6
  6. A. V. Bray, A. Rick, C. S. Nichols, "Development of a Filament Wound Composite Radiating Shell for an Underwater Acoustic Transducer", Naval Command, Control and Ocean Surveillance Center RDT&E Division San Diego, CA 92152-5000
  7. C. C. Liang, H.-W. Chen, C.-Y . Jen, "Optimum Design of Filament-wound Multilayer-sandwich Submersible Pressure Hulls", Ocean Engineering, Vol. 30, 2003, pp. 1941-1967 https://doi.org/10.1016/S0029-8018(03)00044-1
  8. D. Graham, "Buckling of Thick-section Composite Pressure Hulls", Composite Structures, Vol. 35, 1996, pp. 5-20 https://doi.org/10.1016/0263-8223(96)00020-7
  9. T. Nishiwaki, A. Yokoyama, Z. Maekawa, H. Hamada, S. Mori, "A Quasi-three-dimensional Lateral Compressive Analysis Method for a Composite Cylinder", Composite Structures, Vol. 32, 1995, pp. 293-298 https://doi.org/10.1016/0263-8223(95)00029-1
  10. D. Graham, "Composite Pressure Hulls for Deep Ocean Submersibles," Composite Structures, Vol. 32, 1995, pp. 331-343 https://doi.org/10.1016/0263-8223(95)00028-3
  11. S. H. Hur, H. J. Son, J. H. Kweon, J. H. Choi "Postbuckling of composite cylinders under external hydrostatic pressure" Composite Structures, Vol. 86, 2008, pp. 114-124 https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2008.03.028
  12. J. H. Kweon, "Crippling analysis of composite stringers based on complete unload ing method", Computers and Structures, Vol. 80, 2002, pp. 2167-2175 https://doi.org/10.1016/S0045-7949(02)00272-9
  13. J. H. Kweon, C. S. Hong, I. C. Lee, "Postbuckling Compressive Strength of Graphite, Epoxy Laminated Cylindrical Panels Loaded in Compression", AlAA Journal, Vol. 33, 1995, pp. 217-222
  14. S. C. Chou, O. Orringer, J. H. Rainey, " Post-failure Behavior of Laminates. I-No Stress Concentration", Journal of Composite Materials, 1976, Vol. 10, pp. 371-381 https://doi.org/10.1177/002199837601000409
  15. R. M. Jones, "Mechanics of Composite Materials" Tayer & Franics, New York, 1999