• Composites Research
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• 제23권4호
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• pp.14-20
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• 2010

본 연구에서는 마이크로 유전자 알고리즘을 이용하여 외부 수압을 받는 필라멘트 와인딩 복합재 원통의 최적설계를 수행하였다. 목적함수는 파손하중과 좌굴하중을 동시에 고려하여 설계하중을 최대화하는 것이다. 좌굴 및 파손해석은 MSC.NASTRAN을 이용하였고, Carroll의 공개된 마이크로 유전자 알고리즘에 기초한 최적화작업을 수행하였다. 설계변수로는 헬리컬(helical) 와인딩 각도와 후프(hoop) 와인딩 층의 두께비가 고려되었다. 본 연구를 통해 마이크로 유전자 알고리즘을 이용하여 다양한 형상을 갖는 필라멘트 와인딩 복합재 원통의 좌굴 및 파손하중 최적화가 가능함을 확인하였고, 제안된 알고리즘이 일반 유전자 알고리즘과 비교해서도 높은 효율을 보였다.

• 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.

• 연구논문집
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• 통권30호
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• pp.129-135
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• 2000

Double boss type composite pressure bottles have been developed widely but single boss type had not because there are some difficulty in technical point. In this paper a research was performed to develop composite pressure vessel in conjunction with design, fabrication, and test. Fiber pattern and angles were decided by CADFIL software and they are [liner/$15^{\circ}$/$15^{\circ}$/$90^{\circ}$/$18^{\circ}$/$90^{\circ}$/$21^{\circ}$/$21^{\circ}$/$90^{\circ}$]. Fabrication of bottles was done by AEA's 5-axis filament winding machine. During fabrication fiber optic sensor were embedded to measure were behavior of structure at the applied internal pressure. Even though satisfied test results were not obtained, the experimental set-up of fiber optics showed the possibility for the application of filament wound vessels. However, the conventional strain and fabrication of single boss composite bottles.

• Composites Research
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• 제14권2호
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• pp.8-12
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• 2001

필라멘트 와인딩 공법(filament winding process)은 회전하는 맨드렐에 로빙(roving)형태의 연속섬유를 감는 비교적 간단한 공정이다. 이것은 저장탱크, 화학용 파이프, 그리고 다른 산업에 사용되는 안정적이고 다양한 공법이다. 본 연구에서는 split disk test 치구와 dress disk test 치구에 의한 필라멘트 와인딩 링 시편의 인장강도 값을 실험에서 얻어진 결과와 혼합법칙에 의해 얻어진 이론적인 값을 비교하였다. 이 논문의 목적은 필라멘트 와인딩 구조물의 인장 특성 평가에 대한 적합한 시험법을 제안하고 있는 것이다. dress disk test 치구로 시험한 링 시험편의 인장강도는 split disk test 치구의 모서리 부분에서 발생하는 응력집중 때문에 split disk test의 시험 결과보다 이론적인 인장강도 간에 잘 근절함을 보여준다. 이 실험 결과 시험 치구의 기하학적 형상과 섬유의 연속성, 섬유 장력 그리고 시험편의 응력 집중에 영향은 받음을 알 수 있었다.

• Composites Research
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• 제18권4호
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• pp.1-7
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• 2005

삽입된 광섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating, FBG) 센서를 이용하여 수압시험 동안에 필라멘트 와인딩 된 복합재료 압력탱크의 실시간 구조 건전성 모니터링을 수행하였다. 일반적으로 압력탱크의 내부와 외부의 유한요소해석 결과는 변형률과 응력 모두 큰 차이를 보인다. 그러므로, 압력탱크의 건전성을 검증하기 위해서는 운용 중 탱크 내부의 변형률 값을 정확하게 측정해야 한다. 여러 광섬유 센서 중 FBG 센서는 변형률 게이지에 비해 구조물에 삽입이 용이하고 많은 수의 센서를 한 가닥의 광섬유에 파장 분할 다중화(wavelength division multiplexing, WDM) 기법을 통해 쉽게 다중화 할 수 있다. 본 연구에서는 다중화 된 FBG 센서를 삽입한 표준압력용기(standard testing and evaluation bottle, STEB)를 제작하고 수압시험을 수행하였다. 삽입된 센서의 생존율을 높이기 위해 격자 부분에 대한 보강법을 포함한 새로운 삽입 적용 기법을 고안하였다. 제작된 탱크에 대한 수압 시험을 통해 FBG 센서가 필라멘트 와인딩 된 복합재 압력탱크의 건전성 모니터링을 위해 성공적으로 삽입 적용될 수 있음을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권2호
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• pp.147-155
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• 2009

외부 수압을 받는 필라멘트 와인딩 후판 복합재 원통의 좌굴 및 파손을 유한요소법과 시험으로 연구하였다. 자체 개발 프로그램인 ACOS와 상업용 프로그램인 MSC.NASTRAN(선형)과 MSC.MARC(비선형)를 이용한 유한요소해석을 수행하였다. 복합재 원통 시편은 T700 카본-에폭시로 필라멘르 와인딩 기법에 의해 $[\pm30/90]_{FW}$, $[\pm45/90]_{FW}$, $[\pm60]_{FW}$, $[\pm60/90]_{FW}$의 각도로 제작하여 수압시험을 수행하였다. 사용한 세 가지 프로그램 중 ACOS가 시험값과 1.7~14.3%의 차이를 보이며 좌굴 압력을 가장 잘 예측하였다. 모든 경우에 좌굴 후 지지하중이 초기 좌굴하중보다 커지지 못하고 최종파손으로 연결되었다.

• Composites Research
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• 제18권5호
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• pp.1-8
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• 2005

여러 복합재료 제작기법 중에서 필라멘트 와인딩 제작 기법은 압력탱크, 파이프 등과 같은 실린더 형태의 축대칭 구조물의 제작에 가장 효율적인 방법이다. 또한, 필라멘트 와인딩으로 제작된 복합재료 압력탱크는 운용 중 큰 내압을 받게 되며 복잡한 손상 메커니즘과 파손 모드를 가지고 있다. 그러므로, 필라멘트 와인딩으로 제작된 복합재료 압력탱크는 탱크의 제작 과정과 제작 후 전 과정 동안의 탱크에 대한 건전성 모니터링이 필요하며 이를 위해 탱크의 제작 시부터 탱크 내부의 여러 지점에 센서가 삽입 적용되어야 한다. 여러 센서 중에서 광섬유 센서는 복합재료 내부에 삽입이용이한 센서이며 특히, 광섬유 브래그 격자 센서(fiber Bragg grating Sensors, FBG센서)는 다중화(multiplexing)가 용이한 것을 큰 장점으로 가장 많이 채택되고 있다. 하지만, FBG 센서를 필라멘트 와인딩된 복합재료 압력탱크에 성공적으로 삽입 적용하기 위해서는 극심한 탱크의 삽입 환경에 대한 센서의 삽입 기법의 개발이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 필라멘트 와인딩된 복합재료 압력탱크의 제작 시 FBG 센서를 탱크 내부에 다중화하여 삽입적용하기 위한 기법에 대하여 연구하였다.

• Composites Research
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• 제14권6호
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• pp.24-31
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• 2001

필라멘트 와인딩 연소관의 제작에 있어서 라이너 표면의 형상과 와인딩되는 섬유각도는 제작 공정상의 편의와 제작 후 구조물의 성능에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 두 개의 반구를 합친 험상의 라이너 위에 와인딩된 로켓 연소관의 유한 요소 해석을 수행하였다. 32개의 스트레인 게이지를 표면에 부탁한 후 수압실험을 실시하여 유만 요소 해석 과정을 검증하였고, 웨이퍼(wafer)를 통한 국부적 보강 방법에 대한 해석을 수행하였다. 파손에 따른 재료의 비선형 거동을 고려한 점진적 파손 해석을 통해 연소관의 과열 압력과 취약부위에 대한 연구를 수행하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제55권2호
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• pp.399-411
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• 2015

The buckling equations of filament wound composite cylindrical shell are established. The coefficients $K_{ij}$ and $L_{ij}$ of the buckling equations are determined by solving the equations. The geometric analysis and the effective stiffness calculation for the fiber crossover and undulation region are respectively accomplished. Using the effective stiffness of the undulation region, the specific formulas of the coefficients ${K^{\prime}}_{ij}$ and ${L^{\prime}}_{ij}$ of the buckling equations are determined. Numerical examples of the buckling critical loads have been performed for the different winding angles and stacking sequences cylindrical shell designs. It can be concluded that the fiber undulation results in the less effect on the buckling critical loads $P_{cr}$. $P_{cr}$ increases with the thickness-radius ratio. The effect on $P_{cr}$ due to the fiber undulation is more obvious with the thickness-radius ratio. $P_{cr}$ decreases with the length-radius ratio. The effect on $P_{cr}$ due to the fiber undulation can be neglected when the ratio is large.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2000년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.208-211
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• 2000

Processing parameters of filament winding were investigated by using design of experiment. To understand 4 main effects(fiber tension, impregnation pressure, processing rate, and temperature) and 3 interactions, $L_{27}(3^{13})$ orthogonal array table was adopted. The used materials were carbon fiber and epoxy resin. Split disk test and short-beam test, which are the general test methods for filament wound composite material, were selected as evaluation methods for a filament would part. The optimal processing parameters for the filament winding were easily found through the analysis of variance of the experimental results.