최근 항공기, 자동차 등에 사용되어왔던 복합재료가 그 사용 영역을 넓혀 교량 상판, 상하수도용 관로 등에 적용되고 있다. 이러한 복합재료의 주요 장점은 고강도, 경량성, 그리고 뛰어난 내부식성으로 기존의 재료에 비해 많은 장점을 갖고 있으나, 이러한 재료의 정확한 특성 파악 및 이를 사용한 구족물의 거동의 정확한 분석의 어려움으로 복합재료의 적용이 활발히 이루어지지 못하고 있는 실정이며, 이러한 요인이 복합재료를 토목구조물에 적용하는데 가장 큰 제한요소로 작용해 왔다. 본 연구에서는 복합재료 구조물의 해석을 위한 사전 연구로서, 현재 국내에서 사용되고 있는 GFRP 관로에 대한 재료특성 실험을 수행하여, 각각의 구성 적층재료별 재료 특성 및 전체 적층판에 대한 재료특성을 제공한다.
복합재는 높은 비강도와 비강성을 가지고 있어 자동차, 항공기 등 전반적인 산업분야에서 널리 사용되는 재료이다. 우주선의 노즐 부분과 같이 높은 온도뿐만 아니라 높은 압력이 작용하는 환경에서 사용하기 위한 재료로 복합재가 필요하다. 복합재의 물성치를 아는 것은 매우 중요한데 모재(matrix)와 강화섬유(fiber) 각각의 물성치를 수치적으로 대입해 얻는 결과는 실험값과의 오차가 커 예측하는데 있어 더 정확한 방법이 필요할 것이다. 본 연구에서는 유한요소법을 이용한 EDISON용 CASAD solver 프로그램을 활용해 분석하였다. matrix와 fiber의 물성치를 대입해 복합재의 물성치를 구해 실험으로 측정된 물성치, 경험식으로 계산된 물성치와 비교를 하였다.
In this work, a simple four-variable trigonometric shear deformation model with undetermined integral terms to consider the influences of transverse shear deformation is applied for the dynamic analysis of anti-symmetric laminated composite and soft core sandwich plates. Unlike the existing higher order theories, the current one contains only four unknowns. The equations of motion are obtained using the principle of virtual work. The analytical solution is determined by solving the eigenvalue problem. The influences of geometric ratio, modular ratio and fibre angle are critically evaluated for different problems of laminated composite and sandwich plates. The eigenfrequencies obtained using the current theory are verified by comparing the results with those of other theories and with the exact elasticity solution, if any.
Journal of information and communication convergence engineering
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제20권4호
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pp.303-308
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2022
Simulating the heat transfer in a composite material is an important topic in material science. Difficulties arise from the fact that adjacent materials cannot match perfectly, resulting in discontinuity in the temperature variables. Although there have been several numerical methods for solving the heat-transfer problem in imperfect contact conditions, the methods known so far are complicated to implement, and the computational times are non-negligible. In this study, we developed a ResNet-type deep neural network for simulating a heat transfer model in a composite material. To train the neural network, we generated datasets by numerically solving the heat-transfer equations with Kapitza thermal resistance conditions. Because datasets involve various configurations of composite materials, our neural networks are robust to the shapes of material-material interfaces. Our algorithm can predict the thermal behavior in real time once the networks are trained. The performance of the proposed neural networks is documented, where the root mean square error (RMSE) and mean absolute error (MAE) are below 2.47E-6, and 7.00E-4, respectively.
Thermal stability of quasi-isotropic composite and polymeric structures is considered one of the most important criteria in predicting life span of building structures. The outdoor applications of these structures have raised some legitimate concerns about their durability including moisture resistance and thermal stability. Exposure of such quasi-isotropic composite/polymeric structures to various and severe climatic conditions such as heat flux and frigid climate would change the material behavior and thermal viability and may lead to the degradation of material properties and building durability. This paper presents an analytical model for the generalized problem. This model accommodates the non-linearity and the non-homogeneity of the internal heat generated within the structure and the changes, modification to the material constants, and the structural size. The paper also investigates the effect of the incorporation of the temperature and/or material constant sensitive internal heat generation with four encountered climatic conditions on thermal stability of infinite cylindrical quasi-isotropic composite/polymeric structures. This can eventually result in the failure of such structures. Detailed critical analyses for four case studies which consider the population of the internal heat generation, cylindrical size, material constants, and four different climatic conditions are carried out. For each case of the proposed boundary conditions, the critical thermal stability parameter is determined. The results of this paper indicate that the thermal stability parameter is critically dependent on the cylinder size, material constants/selection, the convective heat transfer coefficient, subjected heat flux and other constants accrued from the structure environment.
The purpose of this study was to develop a buckling analysis technique for a windpower system structure under environmental loadings (hydrostatic pressure) using FEM. We analyzed an isotropic material and composite material and made a comparison using buckling pressure formulas. First, finite element analyses for an isotropic material (SC410) were performed to obtain the variation of buckling pressure for the number of elements and boundary conditions in a pressure-shell model, and the numerical results were compared with those of existing empirical formulas. Then, additional finite element analyses based on the results of the isotropic material (SC410) were performed to determine the optimum lamination angle and pattern for a composite material (URN300). The results of the FE analyses for the composite material were also compared with those of existing empirical formulas. The ply orientations (lamination angles) used in the FE analyses were $0^{\circ}$, $15^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$, $75^{\circ}$, and. The lamination patterns in the FE analyses were and. The lamination pattern was assumed to be the equivalent model of. The results of the FE analyses for the isotropic material (SC410) indicated that the optimal values for the number of elements and the boundary conditions were 6000 and both simply supported, respectively. The results of the FE analyses for the composite material (URN300) showed that the optimal ply orientation was $60^{\circ}{\sim}75^{\circ}$.
복합소재와 금형강 간에는 열팽창계수의 차이로 인하여 성형 과정 중의 온도 구배에 따라 다른 열팽창길이를 갖는다. 따라서 금형 내에 복합소재를 삽입하여 성형을 하는 경우 복합소재의 표면에 작용하는 압력이 소재의 업체에서 추천하는 성형 압력을 유지하는지를 확인할 필요성이 있다. 본 연구에서는 온도의 차이에 따른 복합소재와 금형 사이의 압력을 유한요소해석법을 사용하여 예측하였으며 열팽창에 따른 금형의 길이를 측정함으로써 해석의 정확성을 검증하였다. 각 온도에서의 해석과 실험값의 차이로써 매우 근사한 값을 얻을 수 있었으며, 틈새 예측 값의 목표치인 ${\pm}0.05mm$ 안에 들어오는 것을 확인하였다. 이를 통하여 복합소재에 작용하는 압력을 추정한 해석값이 신뢰할 수준임을 알 수 있었다.
Underwater weapon system is required to structurally strong material, since as it is directly exposed to external shock. It should also be using the lightweight material in order to take advantage of buoyancy. Composite materials meet these requirements simultaneously. Particularly in the case of submarine, composite materials are widely used. It is important to have a high strength enough to be able to withstand external shock, but it is also important to attenuate it. In a method for the shock damping, viscoelastic damping materials are inserted between the high strength composite material as a sandwich structure. Shock attenuation can be evaluated in the loss factor. In ASTM(American Society of Testing Materials), evaluation method of the loss factor of cantilever specimens is specified. In this paper, mode tests of the cantilever are performed by the ASTM standard, in order to calculate the loss factor of the viscoelastic damping material by the specified expression. Further, for verifying of the calculated loss factor, mode test of compound beams is carried out. In addition, the characteristics of the material were analyzed the effect on the loss factor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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