• 한국군사과학기술학회지
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• 제22권4호
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• pp.460-466
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• 2019

It takes a lot of time and human resources to build a detailed three-dimensional finite element analysis model that is almost similar to the actual structure for sophisticated analysis, and a lot of experience and know-how is required to form a reliable analytical model. In this paper, the one-dimensional beam model connected by stiffness matrix through blade analysis library was compared with the results of three-dimensional analysis with the stress calculated through the process of dimensional restoration analysis based on the principle of virtual work. By comparing the stress calculated through dimensional restoration analysis with the three-dimensional analytical model, We will introduce the development status and application case of the blade analysis library by comparing efficiency and accuracy.

• 동력기계공학회지
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• 제14권5호
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• pp.17-23
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• 2010

In recent, the capacity of a commercial wind power has reached the range of 6 MW, with large plants being built world-wide on land and offshore. The rotor blades and the nacelle are exposed to external loads. Wind power system concepts are reviewed, and loadings by wind and gravity as important factors for the mechanical performance of the materials are considered. So, the mechanical properties of fiber composite materials are discussed. Plain woven fabrics Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) are advanced materials which combine the characteristics of the light weight, high stiffness, strength and chemical stability. However, Plain woven CFRP composite have a lot of problems, especially delamination, compared with common materials. Therefore, the aim of this work is to estimate the mechanical properties using the tensile specimen and to evaluate strain using the CNF specimen on plain woven CFRP composites. For the strain, we tried to apply to plain woven CFRP using Digital Image Correlation (DIC) method and strain gauge. DIC method can evaluate a strain change so it can predict a location of fracture.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권4호
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• pp.336-343
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• 2014

깃끝단 후퇴각을 가지는 현대 터보프롭 항공기의 최신 프로펠러는 고속으로 비행할 수 있는 추력을 얻기 위해 구조적으로 높은 강도가 요구된다. 본 연구에서는 프로펠러 구조 설계 시 고강도 및 고강성의 특성을 지닌 카본/에폭시 복합재료가 적용되었으며, 경량화를 위하여 스킨-스파-폼 샌드위치 구조 형태를 채택하였다. 구조 설계를 위한 구조 하중은 블레이드에 작용하는 공력하중을 분석하여 결정하였으며, 스파 플렌지는 굽힘 하중을 담당하고 스킨은 전단 하중을 담당하도록 복합재료 설계 개념을 반영하였다. 구조 안전성을 평가하기 위하여 상용 유한 요소 해석 코드인 나스트란을 활용하여 구조 해석을 수행하였다. 시제품 블레이드의 구조 시험을 통하여 적용된 구조설계 방법론이 적절함을 확인하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제2권3호
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• pp.1-9
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• 1998

풍력에너지는 자연의 에너지를 이용하므로써 환경문제와 경제적 측면에서 다른 대체 에너지보다 훨씬 유리하여 세계 여러 나라에서 각광을 받고 있다. 경제적인 이유로 풍력발전을 위한 회전날개가 대형화 되고 있으며, 경량화를 위해 복합재 구조등의 첨단 항공기술이 적용되고 있는 추세이다. 본 연구에서는 500㎾급 중형 풍력 발전시스템을 개발함에 있어, 적합한 공력 성능을 갖는 경량화 복합재 회전날개의 개선 설계를 수행하였다. 회전날개의 경량화를 위해 기 설계된 쉘-스파 구조물을 쉘-스파-샌드위치 구조물로 설계를 수정하였고, 배선형 해석을 통해서 경량화에 따른 대변형 문제를 검토하였으며, 파괴응력보다 낮은 상태에서 발생되는 국부좌굴에 의한 구조물의 안전성을 검토하였다. 또한, 허브의 금속재 삽입부분의 전단핀에 의한 핀 홀 주위의 응력해석을 수행하여 충분히 안전함을 확인하였고, 수정 설계된 구조물이 운용구간내에서 공진이 발생하지 않음을 확인하였다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2011년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.492-497
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• 2011

일반적으로 헬리콥터는 양력, 추력 그리고 힘을 발생시키기 위해 로터 시스템을 사용하기 때문에 공력환경이 매우 복잡하다. 블레이드 와류 간섭과 같은 비정상 공력 환경이 발생한다. 이러한 비정상 공력 환경은 진동하중과 높은 공력소음을 유발한다. 진동하중과 공력소음은 로터 블레이드 회전수에 N 배의 해당하는 주파수 (N/rev)를 갖는다. 하지만 스와시 판과 피치링크로 이루어진 전통적인 로터 조종계통은 블레이드가 1 회 회전하는 동안 한번의 조종 변위를 발생시킬 수 있기 때문에 그러한 진동하중을 조절하기에는 한계가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 많은 능동 제어 기법들이 개발되었다. 능동 제어기법은 임의의 주파수로 블레이드의 피치 각을 조종할 수 있다. 본 논문에서는 비정상 공력 하중을 변화시키기 위해 능동 제어기법 중 한 가지인 능동 뒷전 플랩 블레이드의 설계를 수행하였다. 능동 뒷전 플랩 블레이드는 에어포일의 캠버를 변화시키기 위해 작동기에 의해 구동되는 뒷전 플랩을 장착한다. 뒷전 플랩을 작동시키기 위해 블레이드 내부에 위치 압전 작동기를 사용하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제35권1호
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• pp.25-30
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• 2015

풍력발전기의 핵심 부품인 풍력 블레이드는 예상치 못한 풍 하중과 공력 특성으로 인해 불안전한 상태에 놓여 있다. 그에 따라 필연적으로 발생하는 내부 결함을 검출하기 위해 초음파탐상을 이용한 비파괴검사가 주로 진행되어 왔다. 하지만 블레이드의 소재 특성으로 인해 음향 신호 분석에 따른 문제점이 발생한다. 따라서 본 연구에서는 풍력 블레이드 인공결함시험편을 제작후, 능동적 광 적외선열화상 비파괴검사 방법을 이용하여 결함의 크기를 정량화하기 위한 실험을 진행하였다. 100 kW 급 블레이드 내부의 결함 크기 정량화를 위해 알루미늄 켈리브레이션 테이프를 사용하였으며, 게재물(inclusion), 디본딩(debonding), 주름(wrinkle) 결함을 삽입하였다. 실험 결과 모두에서 뚜렷한 결함 검출이 가능하였으며, 결함 크기 정량화 결과 debonding 인공 결함 (${\phi}50.0mm$)에서 최대 98.0%의 정확성을 보였다.

• 한국추진공학회지
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• 제4권3호
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• pp.29-37
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• 2000

풍력 터빈회전날개의 설계시 구조적 형상을 결정하는 예비설계 단계에서 종전에는 여러 가지 다양한 경우의 설계를 수행하여 이중 적합한 경우를 채택하는 시행착오 방법은 많은 설계시간을 요하였으나, 본 연구에서는 이 같은 설계시의 비효율적 요소를 배제하고자 적층판 이론을 기초로 한 설계 프로그램을 이용하는 설계기법을 계발함으로서 설계절차를 개선하였다. 개선된 설계절차에 따라 국제표준 설계규격 IEC1400-1에서 규정한 각 경우의 하중해석과 응력, 변형율 및 변형한계를 설정한 후, 단순화한 복합재 회전날개 구조에 혼합법칙과 주 응력 설계기법을 이용하여 복합재 구조의 형상을 정하였다. 설계된 구조는 본 연구를 통해 개발된 적층판 이론을 기초로 한 프로그램을 이용하여 강도 및 좌굴에 대한 구조의 안정성을 확인하여 상세설계 과정시 소요되는 시간을 최소화하였다. 설계된 구조는 표피 등을 고려하여 수정 설계한 후 유한요소법을 이용하여 응력, 변형율, 변위, 고유 진동수, 좌굴안정성, 피로수명 등을 해석하여 국제 표준규격의 만족 여부를 확인하였다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제6권3호
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• pp.562-577
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• 2014

A reliable steady/transient hydro-elastic analysis is developed for flexible (composite) marine propeller blade design which deforms according to its environmental load (ship speed, revolution speed, wake distribution, etc.) Hydro-elastic analysis based on CFD and FEM has been widely used in the engineering field because of its accurate results however it takes large computation time to apply early propeller design stage. Therefore the analysis based on a boundary element method-Finite Element Method (BEM-FEM) Fluid-Structure Interaction (FSI) is introduced for computational efficiency and accuracy. The steady FSI analysis, and its application to reverse engineering, is designed for use regarding optimum geometry and ply stack design. A time domain two-way coupled transient FSI analysis is developed by considering the hydrodynamic damping ffects of added mass due to fluid around the propeller blade. The analysis makes possible to evaluate blade strength and also enable to do risk assessment by estimating the change in performance and the deformation depending on blade position in the ship's wake. To validate this hydro-elastic analysis methodology, published model test results of P5479 and P5475 are applied to verify the steady and the transient FSI analysis, respectively. As the results, the proposed steady and unsteady analysis methodology gives sufficient accuracy to apply flexible marine propeller design.

• Advanced Composite Materials
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• 제18권2호
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• pp.105-119
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• 2009

In this work, the structural response of thin-walled composite beams with pretwist angle is investigated by using a mixed beam approach that combines the stiffness and flexibility methods in a unified manner. The Reissner's semi-complimentary energy functional is used to derive the stiffness matrix that approximates the beam in an Euler-Bernoulli level for extension and bending and Vlasov level for torsion. The bending and torsion-related warpings induced by the pretwist effects are derived in a closed form. The developed theory is validated with available literature and detailed finite element structural analysis results using the MSC/NASTRAN. Pretwisted composite beams with rectangular solid and thin-walled box sections are illustrated to validate the current approach. Acceptable correlation has been achieved for cases considered in this study. The effects of pretwist and fiber orientation angles on the static behavior of pretwisted composite beams are also studied.

• 한국해양공학회지
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• 제33권5호
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• pp.377-386
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• 2019

Flexible composite propellers have a relatively large deformation under heavy loading conditions. Thus, it is necessary to accurately predict the deformation of the blade through a fluid-structure interaction analysis. In this work, we present an LST-FEM method to predict the deformation of a flexible composite propeller. Here, we adopt an FEM solver called OOFEM to carry out a structural analysis with an orthotropic linear elastic composite material. In addition, we examine the influence of the lamination direction on the deformation of the flexible composite propeller.