In this study, the low velocity impact behavior of the composite laminates has been described by using 3 dimensional nonlinear finite elements. To describe the geometric nonlinearity due to large deformation, the dynamic contact problem is formulated using the exterior penalty finite element method on the base of Total Lagrangian formulation. The incremental decomposition is introduced, and the converged solution is attained by Newton-Raphson Method. The Newmark's constant-acceleration time integration algorithm is used. To make verification of the finite element program developed in this study, the solution of the nonlinear static problem with occurrence of large deformation is compared with ABAQUS, and the solution of the static contact problem with indentation is compared with the Hertz solution. And, the solution of low velocity impact problem for isotropic material is verificated by comparison with that of LS-DYNA3D. Finally the contact force of impact response from the nonlinear analysis are compared with those from the linear analysis.
The layup optimization by genetic algorithm (GA) for the strength of laminated composites with free-edge is presented. For the calculation of interlaminar stresses of composite laminates with free edges, extended Kantorovich method is applied. In the formulation of GA, repair strategy is adopted for the satisfaction of given constraints. In order to consider the bounded uncertainty of material properties, convex modeling is used. Results of GA optimization with scattered properties are compared with those of optimization with nominal properties. The GA combined with convex modeling can work as a practical tool for light weight design of laminated composite structures since uncertainties are always encountered in composite materials.
Recently, the size of glass panel is increased to $1250 mm{\times}1100 mm{\times}0.7 mm$, whose mass is 2.65 kg, which requires much stiffer robot structure. In addition to the high stiffness, the robot hands and wrists for glass panel handling should have miller surface finishing of its outer surface to prevent particles and dusts from adhering on the surface. The maximum height of the robot structure should not be larger than 1500 mm because other automated guided vehicles (AGV) and transfer equipments have been designed within this size limit. The difference of maximum deflections of the four ends of the hands before and after loading the glass panel should be less than 2.0 mm. In this work, the robot hands and wrists for handling large glass panel displays were designed based on the axiomatic design using the finite element method along with optimization routine.
The dynamic analysis of composite plate with embedded shape memory alloys (SMAs) is studied using the finite element method. Active frequency tuning of a composite plate under electrical heating of SMAs is analyzed. The actuation of SMAs is modeled by Brinson's one-dimensional constitutive equation. The influences of the boundary conditions, the ply orientations and the pre-strains of SMA wires on the thermo-dynamic response of composite plate are discussed. It is found that the effect of SMAs on the dynamic response of composite plate is significant.
When MWK (Multiaxial Warp Knitted Fabric) composites are applied for the structures, the connections of each component using mechanical fastening is needed. The local contact between the bolted joint and the composite laminates may induce high stress concentration or breakdown in the laminates for the mechanical joints. There for, it is strongly required to study the characteristics of mechanically joints of MWK composite laminates. In this study, stress analysis near the hole boundary of MWK composite laminate is conducted with various geometric factors under different loadings. In the case of multi-pin loaded MWK composite laminates, the results show that the types of loadings and geometric factors of mechanical joints have a significant influence on the joint performances.
우수한 동적 감지특서을 갖는 압전필름센서는 구조 건전성 모니터링이나 평가와 같은 구조물과 재료의 변화를 분석하는데 사용될 수 있다. 압전필름센서의 이러한 특성을 이용하여 Gr/Ep 복합재 평판의 충격 손상개시를 모니터링하였다. 압전필름센서와 스트레인게이지를 Gr/Ep 복합재 평판에 부착하여 다양한 조건의 에너지에 대한 충격시험을 낙하식 충격 시험기를 사용하여 수행하였다. 충격시험을 수행하는 동안 영구압입, 기지균열, 층간분리와 같은 충격 손상개시를 예측하기 위하여 센서신호를 분석하였다. 충격에너지를 초기 손상이 발생할 수 있는 크기 이상으로 증가시키면 손상의 개시와 진전에 대한 정보를 포함하는 특정 센서 신호를 관찰할 수 있었다. 특히, 압전필름세서는 스트레인게이지 보다 충격 손상개시 및 진전에 대한 좋은 감지 특성을 보여주었다.
본 연구는 지그재그모델에 근거하여 두꺼운 금속, 폴리머 복합재료 면재의 전단변형 효과를 고려해서 샌드위치평판의 휨해석 지배방정식을 유도하였으며, 판의 네 변은 단순지지 되어 있다고 가정하였다. 역대칭 적층면재의 화이버 각도와 면재의 적층수를 변화시켜가며 휨해석의 결과를 나타내었다. 해석방법의 정확성을 위해 일반 적층판이론의 값과 비교를 하여 검증을 하였다. 그 결과 적층판이론으로 구한 값보다 처짐에 있어서 더 큰 값을 나타냄을 알 수 있었는데, 그 이유로는 본 해석방법이 면재, 심재 모두 휨강성과 전단변형을 고려하였기 때문이라 사료된다. 강재, 폴리머 복합면재를 갖는 샌드위치평판을 설계할 때 제시된 정보를 유용하게 이용될 수 있을 것이다.
본 논문에서는 메타모델을 이용한 복합재 구조물의 지적화가 수행되었다. 일반적으로 복합재 구조물에서 시간이 오래 걸리는 해석의 결과를 최적화하고자 할 때 전체 최적화에 많은 시간이 든다. 따라서 이와 같은 구조물 해석을 메타 모델로 치환해 보았다. 본 연구에서는 RSM, kriging과 같은 메타모델을 사용하였다. 복합재 평판의 최종 파손 강도 해석을 메타모델을 이용해 근사화하였다 최종 파손 강도를 최대화하는 최적화를 유전자 알고리즘과 메타로델을 이용해 수행하였다.
최근 신소재인 선진 복합 재료 중 탄소 섬유 강화 플라스틱(이하 CFRP라고 한다. )은 비강도, 비강성이 높기 때문에 경량화가 요구되는 여러 분야, 즉 항공기, 인공위성, 원자로, 자동차 산업분야, 조선 산업분야 등 널리 사용되고 있다. 경량화가 요구되는 분야에 사용되는 구조 부재의 형상은 평판보다는 다양한 형태의 곡면 형상을 뛰는 챌(Shell)의 형상을 갖는다. 또한 이러한 구조물에 충격이 가해 졌을 때 곡면을 갖는 구조물의 충격_응답 및 파괴형태는 평판과는 다른 양상을 보인다.(중략)
열가소성 섬유강화 복합재료는 수송용 기기의 경량화 소재로써 적용 분야가 확대되고 있다. 본 연구에서는 분자량이 다른 폴리카보네이트(PC)를 이용하여 연속섬유 강화 유리섬유(GF)/폴리카보네이트(PC) 복합소재의 함침성 및 기계적 물성에 대한 평가를 진행하였다. GF 직물과 PC 필름을 제조한 후, 이를 이용하여 연속가압성형법으로 연속섬유 강화 GF/PC 복합재 평판을 제조하였다. PC 분자량에 따른 용융지수를 측정 및 평가하였고, GF 제직물 강화 GF/PC 복합재료의 인장강도, 굴곡강도, 압축강도 및 기공체적률을 평가하였다. 전계방사형 주사전자현미경을 이용하여 인장파괴된 GF/PC 복합재료의 형태를 분석하여 파괴거동을 확인하였다. 분자량이 20,000일 때 최적의 기계적 특성이 발현되는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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