• Composites Research
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• 제23권6호
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• pp.19-25
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• 2010

본 논문은 유리섬유/에폭시 4-매 주자직 적층 복합재와 PVC 폼 코어로 제작된 철도차량용 복합재 대차프레임의 금속재 체결부 볼트 위치 최적화 연구에 대해 서술했다. 최적화 해석은 APDL(Ansys Parameter Design Language)을 이용한 서브모델링 기법을 적용하였으며 부분문제 근사방법에 의한 최적화를 수행하였다. 이때, 최적화 해석에 적용된 서브모델링 기법은 관심영역을 포함한 부분모델에 대한 계산을 재수행 함으로써 해석에 소요되는 시간을 절약하고 상세한 결과를 도출 할 수 있다. 복합재 대차프레임의 구조해석은 JIS E 4207에 의거하여 수행하였다. 서브모델링 기법을 적용한 복합재 대차프레임의 최적화 해석은 전체모델에 대한 결과에 비해 요소망 밀도의 조절을 통한 해석시간 절약과 상세한 결과를 얻을 수 있으며, 또한 볼트위치의 최적화로 인해 보다 낮은 Von-Mises 응력값이 나타남을 확인하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제16권6호
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• pp.8-17
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• 2022

항공기 날개에 사용되는 스킨-스트링거 패널은 기계적 체결과 접착 체결로 인하여 응력 집중과 접착 분리가 발생할 수 있다. 이를 고려하여, 3차원 직조 복합재료를 이용해 스킨과 스트링거를 일체시킨 패널을 설계하였다. 본 논문에서는 일체형 패널의 기계적 물성을 예측하기 위하여 기하학적 모델링 기법을 제안하였다. 시편의 기하학적 변수를 측정하고 섬유 다발의 패턴을 함수식으로 정의해 기하학적 모델링을 수행하였다. 이를 검증하기 위하여 iso-strain, iso-stress 가정을 사용한 가중평균모델을 통해 각 부재의 기계적 물성을 예측하고 유한요소해석을 수행해 압축시험 결과와 비교하였다. 제안한 기하학적 모델링 기법을 통해 스킨-스트링거 일체형 패널의 기계적 물성을 실험적 방법보다 효율적으로 예측하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권6호
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• pp.448-454
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• 2020

본 연구는 항공기 운용 중 발생하는 구조결함의 원인을 규명하고 개선형상에 대한 구조 건전성을 확인하고자 한다. 항공기 균열은 Bulkhead 체결구조로서 연료탱크 경계 Web 파열로 인한 연료누유 현상에서 식별되었다. 균열의 특성을 확인하기 위해 파단면을 분석하였고 반복하중에 의해 균열이 진전되어 최종 파단으로 이어지는 피로파괴로 판단하였다. 또한 다중 시작점에서 균열이 시작되는 것으로 소재의 결함이 균열의 주요 원인으로 판단되지 않는다. 항공기 운용 중 발생하는 기동하중에 대한 균열 영향을 확인하기 위해 항공기 지상 및 비행시험을 통해 분석을 수행하였다. 항공기 운용 중 균열 부위의 하중 측정 데이터와 항공기 설계하중과의 비교를 통한 분석 결과 측정하중은 설계 대비 30% 수준으로 파손을 유발할 수준은 아니라고 판단하였다. 항공기 운용 시 진동하중의 원인으로 조립 및 단품 제작공차가 최대 0.06inch 발생할 수 있는 Gap을 검토하였고, 분석결과 균열부위에서 큰 응력인 약 32ksi가 발생하였다. 또한 Pre-Load에 의해 M.S.(Margin of Safety)가 +0.71에서 +0.34로 약 50%이상 감소되는 것으로 확인되어 항공기 설계 하중과 조합 시 균열 가능성이 급격히 증가하였다. 따라서 항공기 균열부위에 대하여 구조 보강 및 Gap 제거를 통해 결함을 개선하였다. 개선형상에 대하여 구조강도 해석 결과 Bulkhead는 허용응력 대비 M.S.가 약 +0.88이고 Fitting 형상은 약 +0.48로서 충분한 마진이 확보되었다. 또한 수명해석 결과 형상 개선 전 수명인 약3,600 시간 대비 개선형상은 약84,000 시간으로서 항공기 설계수명 대비 구조건전성을 확인하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권4호통권71호
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• pp.407-414
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• 2004

공용중인 교량은 시공시에 비해 이음부재 및 볼트에 각종 하중이 작용하는 상태이고, 시공중에 결함이 발생하였거나 시간이 지남에 따른 각종 결함이 발생되고 있다. 실험적인 연구에 의해 이러한 결함들이 있는 고장력볼트 이음부의 역학적 성질을 규명하기 위해서는 많은 재비용이 필요한 실정이므로 실험적으로 밝혀내기 어려운 결함이 있는 고장력볼트 이음부의 거동과 구조적 특성을 유한요소 해석을 통하여 규명하고 차후 실험에 의한 연구시 충분한 실험결과의 예측, 시험체의 설계 및 경제적인 실험적 연구의 수행을 위한 자료를 제공하는데 본 연구의 목적이 있다. 각종 결함이 발생하고 있는 교량을 대상으로 현장조사를 하여 결함의 발생위치 및 유형을 분석하고 가장 많이 발생하는 결함을 중심으로 표준모델에 결함을 주어 내부응력 분포 및 미끄러짐 거동에 대한 해석을 수행하였다. 정상체결된 고장력 볼트 이음부 및 볼트간격, 모재두께, 연단거리, 볼트 구멍 크기, 확공에 따른 결함을 가정하여 내부응력분포에 대한 구조해석을 수행하였다. 또한 고장력볼트 이음부의 미끄러짐 거동에 대해 해석하였는데 이 해석은 대변형을 고려한 기하학적 비선형, 접촉면의 비선형을 고려한 경계 비선형, 미끄러짐에 의해 항복강도를 초과하는 부분이 생길 수 있으므로 재료적 비선형 문제를 고려하여 해석하였다. 정상적으로 체결된 고장력볼트 이음부 및 볼트 축력의 감소에 따른 미끄러짐 해석을 수행하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.635-642
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• 2014

본 연구에서는 고체로켓의 임무 수행 중 연소실 내압으로 인해 발생하는 고체로켓 케이스의 3가지 고장(응력파괴, 균열파괴, 볼트 체결 부 파손) 확률을 효과적으로 예측하는 기법을 개발하였다. 전체적인 확률계산 과정은 다음과 같다: 1) 고체로켓 모터의 고장모드에 영향을 주는 설계 변수선정 및 확률분포 부여, 2) 연소해석을 통한 로켓의 최대작동압력(maximum expected operating pressure, MEOP)의 확률분포 계산, 3) 케이스의 응력과 변형 형상을 구하기 위한 유한요소해석, 4) 3가지 고장함수에 대한 신뢰도예측의 수행, 계산의 편의를 위해 유한요소모델은 축대칭으로 가정하였고 볼트 체결 부의 접촉을 고려하였다. 효율적인 신뢰도예측을 위해 FORM(first-order reliability method) 기법을 통해 MPP(most probable failure point)를 탐색한 후, LHS(latin hypercube sampling)와 반응표면기법을 적용하여 고장모드를 다항식으로 근사화하며, 중요도 추출법을 적용하여 고장확률을 계산하였다.

• 한국철도학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.207-216
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• 2013

콘크리트궤도가 부설된 철도교량 단부의 궤도구성품(레일 및 체결구)에는 교량 단부회전에 의해 상향력 및 압축력과 같은 궤도-교량의 상호작용력이 작용하여 손상 및 성능저하가 유발된다. 이러한 교량의 휨거동에 기인한 단부 궤도의 상호작용에 따른 문제를 해결하고자 본 연구에서는 횡단궤도시스템을 개발하고 그 성능을 입증하였다. 횡단궤도시스템의 구조안정성 검토를 위해 3차원 유한요소해석을 통한 시간이력해석을 실시하고 그 결과를 독일의 성능요구조건 및 관련기준과 비교하였다. 또한, 교량-궤도 상호작용 분석을 위한 시험체를 제작하여 실내시험을 수행하고 횡단궤도시스템의 적용 효과를 평가하였다. 연구결과 횡단궤도시스템의 정, 동적 구조안정성 및 횡단궤도 적용 후 교량 단부 궤도의 상호작용력(레일변위, 레일저부응력 및 체결구 응력)이 크게 저감될 수 있음을 실험적으로 입증하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제9권2호통권31호
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• pp.171-179
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• 1997

고장력 볼트 이음부에서의 힘의 전달은 부재간의 압축력 및 볼트축력에 의하여 외력과 균형을 이룸으로서 형성되어지며, 부재간의 압축력, 도입된 축력의 변화 및 미끄러짐하중 등은 볼트 체결부 및 볼트의 유효강성에 지배된다. 이때 유효강성은 일반적으로 접합부의 유효단면적과 탄성계수의 곱으로 나타내어지지만 접합부재의 유효단면적이 어느 정도가 되는지는 판단하기가 쉽지가 않다. 이를 위해서 종래에는 이음부의 탄성변형에 관계하는 유효단면적을 등가중공원통형으로 가정하여 이에 대한 여러 가지 검토가 이루어졌다. 그러나 이러한 제안식들은 설계상의 목적과 복잡한 계산을 피하기 위하여 매우 단순화시킨 것으로 어느 식이 타당한 지는 단정하기가 어려우며 이에 대한 상세한 해석적인 검토 및 실험적인 검증이 요구된다. 따라서, 본 연구에서는 볼트 축력에 의한 접합부재의 유효단면적 산정과 이에 대한 검증을 위하여 고장력 볼트 이음 시험편에 대해 피로시험을 실시하고 반복하중 재하 후의 마찰면의 형상을 관찰하여 유효마찰 영역을 측정하였으며, 유한 요소법에 의해 수치 해석을 실시하여 내부 압축응력의 분포형상을 밝히고 접촉면상에 발생하는 응력 분포영역을 근사화하므로서 마찰면의 형상과 내부 압축응력의 분포영역과의 관계 그리고 유효단면적의 산정 방법을 고찰하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권7호
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• pp.642-652
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• 2009

항공기 주구조에 많은 부분은 겹침이음 형태의 조립구조이며 이러한 구조는 프레팅 손상으로 인해 단순피로에 비해 현저히 수명이 감소된다. 특히 노후 항공기의 경우 프레팅 피로균열은 감항안전을 저해하는 중요한 요인으로 최근 대두된 수명연장 문제와 관련해서도 손상허용성 평가에 프레팅 피로수명 예측이 필수적으로 요구되고 있다. 이러한 배경으로 본 연구에서는 볼트 체결력이 서로 다른 겹침이음 구조시편에 대하여 일련의 프레팅 피로시험을 수행하고 탄소성 접촉응력 유한요소해석 결과로부터 프레팅 파라미터를 구하고 균열발생 및 성장 수명예측 모델식과 최근 제안된 수정 모델식을 통하여 프레팅 피로수명을 예측하였다. 또한 시험결과와 비교분석함으로써 실제 항공기 겹침이음 구조에 프레팅 피로수명 예측 모델식의 적용 유효성을 고찰하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권4호
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• pp.481-486
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• 2010

Carbon Fiber Reinforced Plastic(CFRP) 복합재료는 높은 비강성 및 우수한 화학적 특성 등으로 인하여 여러분야에서 점점 사용이 증가하고 있다. 대부분의 CFRP 복합재료는 여러 부품들의 조립을 통해 제작된다. 이러한 독립된 부품들은 볼트, 핀 등과 같은 기계적인 방법을 통해 체결된다. 볼트나 핀에 의한 hole은 구조내에서 노치로 작용하여 부품의 강도저하의 원인이 된다. 본 논문에서는 홀의 크기와 시험편 폭이 노치재의 파괴강도에 끼치는 영향을 평가하여 hole을 포함하고 있는 평직 CFRP 복합재료의 정하중 파괴 강도를 실험적으로 평가하였다. 이를 위하여 본 논문에서는 홀 크기와 시험편 폭에 따른 점응력 조건의 특성길이를 평가하였으며, 특성길이와 노치재의 파괴강도의 관계를 확인하였다. 이를 이용하여 노치재의 정하중 파괴기준을 재정의하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제20권6호
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• pp.29-37
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• 2016

본 논문에서는 유한요소해석을 이용하여 복합재 연소관의 금속 보스에 대한 형상 최적설계기법을 제안하였다. 복합재 연소관의 구조 안전성을 위해 연소관 내압에 의한 돔 부위의 섬유응력과 보스 체결 볼트의 응력을 제한하였고, 경량화를 위해 보스의 무게를 목적함수로 설정하였다. 또한 반응표면법을 이용하여 특성치에 대한 반응표면모델을 구축하였다. 그리고 분산분석을 이용해 각 특성치에 대한 설계변수의 유의성을 평가하고 회귀분석을 통해 구축된 모델의 적합성을 검증하였다. 최적화를 위해 순차이차계획법 알고리즘을 이용하였고, 도출된 최적형상에 대한 구조해석을 수행함으로써 제안한 기법의 효용성을 검증하였다.