• Composites Research
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• 제13권2호
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• pp.51-60
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• 2000

본 논문에서는 두께 방향의 와인딩 각도 변화를 고려한 필라멘트 와인딩 된 압력탱크의 해석을 수행하였다. 두께방향의 와인딩 각도를 고려하기 위하여 임의의 맨드릴 표면에 대한 필라멘트 와인딩 궤적을 찾아낼 수 있는 semi-geodesic path식을 도입하였다. 필라멘트 와인딩 된 압력탱크의 유한요소 모델링을 위하여 3차원 적층고체요소를 사용하였으며, 상용프로그램ABAQUS를 이용하여 유한요소해석을 수행하였다. 해석에서는 모재 파손에 의한 강성저하를 모사하기 위하여 재료 비선형성을 고려하였으며, 이를 위하여 각 하중 증분 후에 섬유 수직방향 응력을 모재의 인장강도와 비교하는 최대응력파손이론을 도입하였고, 파손이 일어난 층에 대해서 모재 방향의 재료 상수를 1/10로 저하시켰다. 그리고, 점진적 파손해석을 수행한 결과를 문헌에 주어진 실험데이터와 비교하였다.

• Composites Research
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• 제22권4호
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• pp.1-12
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• 2009

본 논문에서는 복합재 원형튜브의 에너지 흡수 특성을 평가하기 위해 준정적 압괴실험을 시행하였다. 사용된 시편은 필라멘트 와인딩 공법으로 제작된 GFRP(유리섬유/에폭시수지) 원형 튜브이다. 복합재 튜브의 에너지 흡수 특성 분석을 위한 파라미터로서 튜브의 트리거메커니즘, t/D, 섬유배향각 등을 고려하여 그 특성을 비교하였다. 튜브의 형상 측면에서 튜브 직경이 커짐에 따라 delamination에 의한 국부좌굴 발생빈도가 증가하게 되어 불안정한 압괴모드가 발생하는데 이러한 현상은 섬유 배향각을 조정하여 안정적인 압괴모드를 도출할 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제34회 춘계학술대회논문집
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• pp.421-427
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• 2010

이 논문은 필라멘트 와인딩 공법으로 제작된 복합재 lattice 구조물에 대한 연구이다. 복합재 lattice 구조물은 helical rib과 hoop rib 구조로 이루어져 있다. 이 구조는 탄소 섬유를 에폭시에 함침 시켜 섬유의 끊어짐이 없이 연속적으로 실리콘 고무 금형의 홈 안에 필라멘트 와인딩하여 제작한 것이다. 본 연구에서는 lattice 구조물의 helical rib의 각도, 두께, 폭, 간격등을 안전율에 대하여 최적화 하는 이론을 제시하였다. 그리고 lattice 구조물의 제작방법을 기술하고 해석 및 시험결과를 기술하였다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2004년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.224-227
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• 2004

A computer program for composite pressure vtlssel design is developed. In-puts are : material-property(young's modulus, shear modulus, tensile strength, poisson's ratio, density), operating pressure, burst pressure, liner thickness, boss diameter, boss weight and number of helical angles. Out-puts are; thickness of each layer, weight of the vessel, dimension of the vessel, inner volume, dome-shape and helical winding angle. Also filament winding angles can be selected various kinds of utilizing virtual boss diameter.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권6A호
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• pp.861-872
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• 2008

콘크리트충전 유리섬유 복합소재 튜브는 좋은 내구성과 심한 부식환경에서 견딜 수 있는 높은 화학적인 저항성으로 인해서 해양구조물에서 종종 사용된다. 이 연구는 원형 콘크리트충전 유리섬유 복합소재 튜브에 대한 다양한 실험을 수행하고 결과를 분석한다. 유리섬유 직포 수적층, 필라멘트 와인딩 적층을 압축을 받는 관의 바깥 튜브로 사용하는 경우에 고려해야 하는 몇 가지 측면을 실험 분석한다. 이 연구의 목적은 다음과 같다: (1) 유리섬유 층의 필라멘트 와인딩 각도의 효율성 검증 (2) GFRP 적층수가 강도 및 최고 변형률에 미치는 영향 평가 (3) 단부 재하조건이 구속효과 및 파괴양상에 미치는 영향 파악, 그리고 (4) 구속 상태에서 콘크리트의 응력-변형률 거동을 모사하는 해석적인 모델 제시이다. 세 가지 서로 다른 종류의 섬유 구성이 사용되었다: 직포층, ${\pm}45^{\circ}$ 필라멘트 와인딩 층, 그리고 ${\pm}85^{\circ}$ 필라멘트 와인딩 층. 각 층은 독립적으로 혹은 복합적으로 함께 사용되었다. 시편의 비 및 지름이 서로 다른 경우도 실험하였다. 총 27개의 GFRP 튜브 시편을 이용해서 인장 실험을 수행하였고, 66개의 콘크리트충전 GFRP튜브 시편을 이용해서 압축 실험을 수행하고 결과를 분석하였다. 구속상태의 콘크리트 응력-변형률 거동을 모사하는 해석적인 모델 및 영향계수를 제시하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제17권10호
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• pp.2407-2417
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• 1993

Thermal deformations and stresses due to temperature changes are the serious problems in cryogenic structures such as the torque tube in a superconducting generator, In this paper, the equations of thermal expansion coefficients expressed only by material properties and winding angles are derived for the filament wound composite tubes. The experimental results of thermal contraction of CFRP tubes are compared with those from theoretical approach. Composite tubes with optimally regulated thermal expansion coefficient are designed on the basis of the study for the torque tube in the superconducting generator with temperature distributions varying from 300K to 4.2 K. The filament winding angle of composites resisting thermal stresses properly is sought by the finite element method using layered shell elements. The results show that the composite tubes designed for the requirements in cryogenic environments can effectively cope with the thermal stress problem.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2000년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.211-214
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• 2000

Filament wound pressure vessels have been studied for the efficient design tool to consider the variation of fiber angles through-the thickness direction. Filament winding patterns were simulated from semi-geodesic fiber path equation to calculate fiber path on arbitrary surface. Finite element analyses were performed considering fiber angle variation in longitudinal and thickness directions by ABAQUS. For the finite element modeling of the pressure tank, the 3-dimensional layered solid element was utilized. From the stress results of pressure tanks, maximum stress criterion in transverse direction was applied to modify material properties for failed region. In the end of each load increment, resultant layer stresses were compared with a failure criterion and properties were reduced to 1/10 for a failed layer. Results of progressive failure analysis were compared with two experimental data.

• Composites Research
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• 제34권2호
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• pp.129-135
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• 2021

본 논문에서는 필라멘트 와인딩 공정에서 발생하는 두께 방향 섬유체적비 불균일이 원통형 복합재 격자 구조의 좌굴하중에 미치는 영향을 확인하기 위해서 Vasiliev가 제안한 원통형 복합재 격자 구조 좌굴하중 이론식을 변형하여 섬유체적비에 따른 좌굴하중 저하를 확인하였다. 섬유체적비에 따라 격자 구조 리브의 각 층의 두께를 달리하였으며, 혼합법칙을 사용하여 각 층별로 물성치를 다르게 적용하였다. 구조물 크기, 두께, 섬유체적비 평균값을 달리한 유한요소모델에 대한 선형좌굴해석을 수행하였다. 최종적으로 이론식을 사용한 등가모델의 좌굴 하중 계산 결과와 유한요소해석 결과를 비교하여 두께 방향 섬유체적비 불균일이 원통형 복합재 격자 구조의 좌굴하중 저하의 원인이 될 수 있음을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제14권3호
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• pp.10-17
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• 2001

복합재료 압력용기를 개발하기 위하여 설계, 제작, 시험을 연계한 연구가 수행되었다. 섬유의 와인딩 패턴 및 각도는 CADFIL 코드를 활용하여 결정하였고, 그 각도는 [$liner/15^{\circ}/15^{\circ}/90^{\circ}/18^{\circ}/90^{\circ}/21^{\circ}/21^{\circ}/90^{\circ}$] 이었다. 압력용기의 제작은 5축 필라멘트 와인딩기를 활용하여 이루어졌다. 제조 공정 중에 광섬유 센서를 매립하여 내부 압력이 가해질 때 각 지점에서 스트레인을 측정하였다. 광섬유가 실험적으로 사용된 반면에 일반적으로 적용하는 스트레인 게이지를 부착하여 안정적인 시험결과를 확보하였다. 가압 시험결과는 유한요소 해석 결과와 비교하였고 그 결과는 유사한 일치를 보여주었다. 이 과정을 통하여 개구부 한개를 지닌 복합재료 압력용기의 설계, 제작 및 시험평가가 성공적으로 이루어져 제조기술의 확보가 가능하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1998년도 제11회 학술강연회논문집
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• pp.19-19
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• 1998

라이너를 포함한 필라멘트 와인딩 복합재 압력용기의 성능향상을 위한 효율적인 구조최적 설계방안을 제시하였다. 이를 위해 온도효과가 고려된 비선형 유한요소법을 이용하여 각 층에서의 응력해석과 파손해석을 수행하였다. 또한 설계변수로 라이너의 두께와 헬리컬 적층두께, 실린더를 따라 변하는 직각 적층두께를 설정하였다. 모든 설계변수들에 대한 강도비 민감도를 유도하였으며 헬리컬 적층두께에 대한 강도비 민감도를 유지하기 위해 측지 등장력 돔설계 방법을 고려하였다. 구조 최적설계결과, 실린더를 따라 직각 적층두께를 최적으로 분포시켜 강성을 효과적으로 배열하였으므로 적층두께를 일정하게 고려한 경우보다 더 경량화 시킬 수 있었다.