본 연구에서는 양단이 단순지지되어 있는 특수 직교이방성 적층 복합재료 원추셸의 자유진동에 관한 지배방정식을 Flugge 이론으로부터 유도하고 Galerkin 방법을 적용하여 해를 구하였으며, 원추셸의 기하학적 매개변수 및 직교이방성 매개 변수의 변화에 따르는 진동특성을 고찰하였다.
복합재료가 점차 최근에 항공기에서 이차적인 구조요소에서 일차적으로 힘을 받는 구조물에 사 용됨으로써 두꺼운 복합재료 구조판과 셸의 정확한 동적, 정적거동을 예측하는 것이 중요한 문 제가 되었다. 특히 전산구조역학의 한 분야로서 복합재료 적층판의 문제는 inhomogeneity와 anisotropy 문제를 가지고 있어서 복잡하며 일차구조 (primary structrue)에서는 100장-200장의 적층도 드물지 않게 볼 수 있어서 정확한 계산을 위해서는 방대한 기억용량과 빠른 계산속도를 요구한다. 그러므로 복합재료 적층판의 거동을 정확하고 값싸고 빠르게 계산할 수 있는 이론과 수치방법의 개발이 중요한 문제이다. 이 문제는 E. Reissner, R. K. Kapania & S. Raciti, A. K. Noor & W. S., Burton, L. Librescu & J. N. Reddy, J. N. Reddy 등에 의해서 review가 행하 여졌고 이 분야의 모든 paper들의 비교적 현재까지 연구동향을 잘 묘사하고 있다. 여러 review paper들이 시간흐름상으로 여러 연구들을 잘 정리하고 있으므로 이 글에서는 논문들을 다시 review하는 것이 아니라 지난 20여 년간 이 분야에서 계속되어 온 연구중 주요한 것을 고찰하고 소개하는 것을 그 목적으로 한다.
본 연구에서는 직접 설계 제작된 금형을 사용하여 임의의 적층각을 갖는 복합재 원통셸을 제작하였으며, 양단자유와 양단고정 경계조건에 대한 진동해석 및 모드시험을 수행하였다. 실험으로부터 구해진 고유진동수와 모드형상결과를 이론 및 유한요소해석 결과와 비교하였고 서로 잘 일치함을 확인하였다. 따라서 이러한 결과로부터 본 연구의 복합재 원통셸을 제작방법이 실험실 수준에서 손쉽게 고품질의 복합재 원통셸을 제작하는 성형법 연구에 기여할 수 있음을 알 수 있었다.
적층 복합재료 주름판에 대한 진동특성을 이론적 방법을 이용하여 분석하였다. 고려된 주름 형상은 사다리꼴을 기본으로 삼각형, 사각형 및 요각 사다리꼴형이다. 3차원 주름 구조물을 해석적으로 기계적 거동을 표현하는 것이 매우 어렵기 때문에 본 해석에서는 주름판의 진동특성을 분석하기 위해 등가균질모델을 적용하였다. 이를 위해 단위 주름을 직교이방성재료로 등가시켰으며, 해석에서 등가 신장 강성 및 굽힘 강성이 모두 고려되었다. 이론해석 결과의 타당성을 검증하기 위해 셸요소를 적용한 3차원 유한요소해석을 수행하였으며, 두 방법을 이용해 얻은 고유진동수 및 진동형상을 비교하였다. 주름판의 기하형상에 따른 영향을 분석하기 위해 다양한 수치예가 제시되었다.
In this paper free vibration analysis of symmetric and cross-ply elastic laminated shells based on FSDT was performed through discretization of equations of motion and boundary condition. Structural model of laminated composite cylindrical shells subjected to a combination of magnetic and thermal fields is developed via Hamilton's variational principle. These coupled equations of motion are based on the electromagnetic equations(Faraday, Ampere, Ohm, and Lorenz equations) and thermal equations which are involved in constitutive equations. Variations of dynamic characteristics of composite shells with applied magnetic field, temperature gradient, and stacking sequence are investigated and pertinent conclusions are derived.
In this paper free vibration analysis of symmetric and cross-ply elastic laminated shells based on FSDT with two different boundary conditions(C-C, S-S) was performed through discretization of equations of motion and boundary condition. Model of laminated composite cylindrical shells subjected to a combination of magnetic and thermal fields is developed via Hamilton's variational principle. These coupled equations of motion are based on the electromagnetic equations (Faraday, Ampere, Ohm, and Lorenz equations) and thermal equations which are involved in constitutive equations. Variations of dynamic characteristics of composite shells with applied magnetic field, temperature gradient, and stacking sequence for each boundary conditions are investigated and pertinent conclusions are derived.
본 연구에서는 여러가지 하중조건하에서 단순지지된 보강원통셸의 최소중량화 설계문제를 CONMIN을 사용하여 해석하고, 일반적인 대칭적층[0/.+-..theta./90]$_{s}$ 의 복합 적층원통셸, 복합적층honeycomb sandwich원통셸, 그리고 보강된 복합적층원통셸의 최 소중량화 설계문제에도 확장 적용한다. 설계변수(design variable)로는 등방성재료 인 경우와 복합적층인 경우 최대 9개, 부등제한조건으로는 전체좌굴(general buckling ), 준전체좌굴(panel buckling), 판 및 보강재의 국부좌굴(local cripping), 로링모드 (rolling mode), 그리고 응력과 변형률제한 등의 성질제한조건(behavior constraints) 과 설계변수의 상, 하한을 나타내는 기하학적 제한(side constraints)등 최대 32개를 설정한다. 본 최소중량화 설계예에서는 보강재의 최적단면형상을 검토하기 위하여 직사각형(R)형, I형, 그리고 T형 단면 등의 보강재들을 사용한다.
본 연구에서는 Donnell과 Flugge 셸 이론을 이용하여 단순지지된 비원형 단면을 가진 angle-ply 적층원통셸의 좌굴과 진동해석을 Soldatos의 해석과정을 따라 수행하고, 적층방법(stacking sequence)과 섬유각(fiber angle)의 변화에 따른 고유진 동수와 좌굴하중의 변화를 고찰하였으며, 초기 축하중을 받는 경우에 대한 고유진동수 의 변화에 대해서고 고찰하였다.
In this paper vibration and stability analysis of laminated composite shells based on the first order shear deformation theory(FSDT) for two different boundary conditions(clamped-clamped, simply supported) are performed. Structural model of cross-ply symmetric laminated composite cylindrical shells subjected to a combination of magnetic and thermal fields is developed via Hamilton's variational principle. These coupled equations of motion are based on the electromagnetic equations(Faraday, Ampere, Ohm, and Lorenz equations)and thermal equations which are involved in constitutive equations. Extended Galerkin method is adopted to obtain the discretized equations of motion. Variations of dynamic characteristics of composite shells with applied magnetic field, temperature gradient, laminate thickness-ratio and radius ratio for two boundary conditions are investigated and pertinent conclusions are derived.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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