Composite pressure vessels made through filament winding are widely used in various fields. Numerous studies regarding composite pressure vessels have been conducted in the automotive industry to improve the space efficiency of trunks as well as the fuel efficiency. Compared with steel liquefied petroleum gas (LPG) vessels used in the conventional LPG vehicles, the use of type 4 composite pressure vessels has advantages in terms of reduction of the weight of vehicles. This study focused on development of type 4 composite pressure vessels that can be installed in the spare tire well. Those type 4 composite pressure vessels are designed with torispherical dome shapes instead of geodecis dome shapes because of the space limitation. To reduce deformation due to the stresses in the axial direction of the vessels, thereby securing the safety of the container, the reinforcing bar concept was applied. A structural analysis software, ABAQUS, confirmed the effect of the reinforcing bar on the axial deformation through the type 4 composite pressure vessel. As a result, the final winding angle of the composite layer was analyzed by applying $26^{\circ}/28^{\circ}/26^{\circ}/28^{\circ}/26^{\circ}/88^{\circ}$ The tensile stress was 939.2 MPa and the compressive stress was 249.3 MPa.
스페이스 프레임 구조물은 연속체 쉘 구조물의 원리를 이용하여 매우 넓은 공간을 효과적 으로 덮을 수 있는 구조물이지만 뜀좌굴 및 분기좌굴 등과 같은 불안정거동은 돔형 구조물에서는 더욱 복잡하게 나타난다. 또한 붕괴메커니즘의 이론적 연구와 실험적 연구결과들 사이에서도 많은 차이를 보인다. 본 논문에서는 미적 효과가 크며 단층의 대공간을 확보하기에 적합한 돔형 공간 구조물의 구조 불안정 특성을 접선강성방정식을 이용하여 비선형 증분해석을 수행하고, Rise-span(${\mu}$)비 및 하중모드($R_L$)에 따른 임계점과 분기점의 특성을 돔형 공간구조물의 예제를 통해 고찰하였다. 여기서 불안정점은 증분해석과정을 통해서 예측할 수 있었으며, 예제에서 낮은 ${\mu}$에서는 전체좌굴이, 높은 ${\mu}$의 경우는 절점좌굴이 지배적이며, 낮은 $R_L$에서 정점좌굴이, 높은 $R_L$에서는 전체좌굴이 지배적이고, 전체좌굴이 나타나는 경우, 분기좌굴하중은 완전형상의 극한점좌굴하중의 약 50%에서 70%의 분포를 보였다.
본 연구는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 Si(100) 표면위에 Ge 나노점을 성장하여 나노점의 형성과 성장과정을 원자간력현미경(AFM)으로 조사하였다. 성장온도, Ge 증착량, 열처리시간의 변화에 따른 형성된 나노점의 모양, 크기, 표면 밀도의 변화를 분석하였다. $600^{\circ}C$의 성장온도에서 ${\sim}0.1ML/sec$의 증착율로 Ge을 증착한 결과, ${\sim}4ML$까지는 pseudomorphic한 Ge wetting 층이 형성되었으며, 증착시간을 증가하여 5ML 이상에서 Ge 나노점이 형성되기 시작하였다. Ge 증착량을 증가시킴에 따라 초기 나노점은 긴 지붕모양(elongated hut)구조로 형성되었고, 점차 크기가 증가함에 따라, 피라미드(pyramid), 돔(dome), 더 큰 Superdome 구조로 변형되었다. 초기 피라미드 형태의 나노점 평균크기는 ${\sim}20nm$이였으며, 가장 큰 superdome의 평균크기는 ${\sim}310nm$ 이상이었으며, 크기가 증가함에 따라 표면 밀도는 $4{\times}10^{10}cm^{-2}$에서 $5{\times}10^8cm^{-2}$로 감소하였다. 상대적으로 고온인 $650^{\circ}C$에서 Ge을 증착했을 경우, 피라미드 구조는 발견되지 않았으며, 대부분의 나노점은 돔 형태로 형성되었으며, 점차 superdome 형태로 변형되었다. 또한, 고온 성장된 시료의 열처리 시간을 증가함에 따라, 나노점의 크기는 점차 성장하였으나, 밀도는 거의 변화가 없었다. 이와 같은 나노점의 형태, 크기, 밀도의 변화는 나노점이 갖는 에너지의 최소화와 표면에서 원자들의 이동(diffusion)으로 설명할 수 있었다. 특히, AFM 이미지의 표면에 분포한 나노점들의 상대적인 위치를 분석한 결과, 유사한 크기의 근접한 나노점들은 점차 크기가 증가함에 따라 합쳐지는 Coalescence과정에 의해 성장하고, 크기가 다른 근접한 나노점들 사이에는 화학적 포텐셜에너지 차에 의한 ripening 과정의 성장을 관찰하였다. 즉, 형성된 나노점들은 국부적인 표면분포에 따라 나노점들은 두 성장과정이 동시 작용하여 성장함을 확인하였다.
Genetic algorithm is the theory of grafting the principle of survival of the fittest in genetics on to the computer algorithm and it is used to solve the optimization problems, especially the shape and size optimization of the structure in Architectural problems. In the size optimization problem discrete variables are used, but series variables have to be used in the shape optimization problem because of the incongruenty. The purpose of this study is to obtain the optimum shape of cable domes by using the real coding genetic algorithm. Generally, the structural performance of the cable domes is influenced very sensitively by pre-stress, geometry and length of the mast because of its flexible characteristic. So, it is very important to decide the optimum shape to get maximum stiffness of cable domes. We use the model to verify the usefulness of this algorithm for shape optimization and analyze the roof system of Seoul Olympic Gymnastic Arena as analytical model of a practical structures. It is confirmed lastly that the optimum shape domes have more stiffness than initial shape ones.
This study analyze the dynamic response property of latticed domes according to natural frequency ratio of substructure. Through eigenvalue analysis, it is was confirmed that the half-open angle $30^{\circ}$ and $45^{\circ}$ dominate vibration mode of the vertical direction and the half-open angle $60^{\circ}$ and $90^{\circ}$ dominate vibration mode of the horizontal direction. Through the dynamic response analysis, it is was confirmed that the first frequency about total structure largely appears about the vertical and the horizontal direction regardless of half-open angle.
A few characteristics of membrane structures which the author thinks important for design are described on the basis of his experience in research and design of this kind of structures. Different in behaviors of air-supported and air-inflated structures are first explained for a better understanding of these structures. Attention is drawn to unfavorable behaviors of an air-beam when it is reinforced by diagonal members. The shallowest membrane structure which can be made as an airdome is pursued, and its application to a metal membrane dome is shown. Attempts which have been made by the author seeking for the possibility of membrane structures made of metal sheet, plastic film with and without reinforcement are described with realized examples. A 100m long jumbo carp is explained as an example of a flying membrane.
Recently, micro-speakers have attracted much attention due to their increasing demand in mobile devices. Micro-speakers use polymer diaphragms, which are manufactured from thin polymer film by the thermoforming process. The diaphragm is generally designed to be a circular membrane with a cross section consisting of a double dome structure, and a number of corrugations are located in the outer region to produce better sound quality. In the current study, a finite element (FE) analysis is performed for thermoforming, and the resulting thickness reduction in the corrugation regions is estimated. The estimated thickness distribution is used in further structural and modal FE analyses, from which the effects of local thickness reduction on the stiffness and vibration characteristics are determined.
This paper discuss the conditionally sampled actual wind pressure distributions causing peak quasi-static wind loads in the large span roofs using the wind pressures at many locations on dome models measured simultaneously in a wind tunnel. The actual extreme pressure distributions are compared itk load-response-correlation (LRC) method and the quasi-steady pressure distributions. Based on the results, the reason for the discrepancy in the LRC pressure distribution and the actual extreme pressure distribution are discussed. Futhermore, a brief discussion is made of the equivalent static wind load estimation for the large span roofs.
This study purports to analyze equally stressed surfaces in tension-membrane structures through a geometrically nonlinear approach. It adopts the formulation of a 4-node quadrilateral isoparametric plane stress element considering the orthotropic characteristic of membrane textures. Tension structures, which include cables and tension membranes, such as a cable dome initially exhibit unstable conditions because no initial internal stiffness such as bending stiffness is present. Such a structural system requires prestressing to the tension members to attain a stable state. A tension-membrane structure retains a stable three dimensional curved surface as a structural shape. This analytical process for finding the geometry is referred to as Shape Finding Analysis. In order to assess the validity of this study, we examine equally stressed surfaces of saddle and catenary shape shell structures and carry out pertinent stress analyses
본 논문에서는 유한요소 프로그램 (ANSYS)을 이용하여 돔격납철판 (dome containment liner plate)의 양중시 좌굴특성의 연구를 수행하였다. 원전 격납철판의 양중시, 양중 와이어(wire)의 구조적인 배치특성상 격납철판에 압축력이 유발되고, 이러한 압축력은 격납철판의 좌굴을 일으킬 수 있다. 다양한 양중인자 (lifting factors)를 고려한 격납철판 유한요소모델을 수립하고, 이러한 양중인자들의 좌굴특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 양중 와이어의 체결위치의 높이가 낮을 수록 좌굴강도가 증가하며, 라이너 플레이트 두께에 비례하여 좌굴강도가 증가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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