• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제2권2호
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• pp.13-19
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• 2011

본 연구에서는 강재가 맞대기 이음으로 연결될 경우 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) 쉬트(sheet)를 맞대기 이음부에 접착할 경우 강재 및 CFRP 쉬트에 발생하는 응력을 해석하였다. CFRP 쉬트로 보강한 경우 접착제의 두께, 강재와의 접착 길이, CFRP 강도 변화를 매개변수로 사용하여 이 매개변수에 변화에 따른 이음부의 응력분포를 분석하였다. 또한 CFRP를 여러 층으로 접착할 경우 각 층의 강도를 다르게 변화시켜 맞대기 이음부에 유리한 응력분포를 나타내는 CFRP의 강도를 제시하였다. 본 연구를 위해 빠른 수렴성을 가지며 왜곡된 요소형상에서도 정확한 응력결과를 보이는 강화변형률장(Enhanced Assumed Strain Field)을 사용한 평면변형률 유한요소에 대한 프로그램을 작성하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제13권3호
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• pp.479-489
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• 1989

본 논문에서는 Ｊ$_{1}$,Ｊ$_{2}$ 적분과 Ｋ$_{I}$,Ｋ$_{II}$ 사이의 완전한 관계를 좁은 직사각형 경로를 택하여 간판하게 유도하였다. 그리고 유한요소의 해로 Ｊ$_{2}$적분을 효율적으로 계산하는 방법을 제시하였다.이미 해가 존재하는 문제 를 본 방법으로 다루어 그 결과를 비교하였고 일방향(unidirectional) 적층판 cantil- ever 평판 내의 single edge crack에 대한 해를 제시하였다.

• Composites Research
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• 제16권6호
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• pp.23-32
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• 2003

복합 신소재의 건설 분야 적용은 확대되고 있는 추세이고, 높은 비강도 비를 지닌 복합 신소재 교량 바닥 판의 개발은 국내외에서 활발히 진행되고 있다. 본 연구의 목적은 이동 하중을 받는 비등방성 복합재료 적층판의 동적 응답을 정식화하고, 유한요소법을 사용하여 적층에 따른 동적거동 특성을 분석하는 것이다. 수치 해석 모델에 대해서 이동하중의 속도를 증가시키면서 동적 확대 계수를 계산하였다. 또한 적층형식 및 순서, 섬유 보강 각도 등의 변화에 따른 동적 거동 특성을 분석하였다. 본 연구 프로그램의 타당성을 확보하기 위해 휨과 자유 진동 해석에 관한 기존 문헌 결과와 비교하여 검증하였다. 또한 이동 하중에 의한 동적 해석에 대해 모우드 중첩법과 Newmark 직접 적분법을 사용하였다. 이러한 이동 하중과 적층 수, 적층 순서 및 섬유 보강 각도에 따른 수치 해석 결과는 완전 복합 신소재 교량 바닥 판을 개발하는데 있어서 중요한 기초 자료로 제시될 수 있을 것이다.

• Composites Research
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• 제19권1호
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• pp.15-21
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• 2006

일방향 섬유로 보강된 고성능 복합재료의 경우 모든 방향에서 곡률을 가지는 구조물의 제작에 용이하지 않다. 본 연구에서는 높은 비강성, 비강도를 가지는 일방향으로 보강된 AS4/PEEK 프리프레그 테이프를 이용한 축소 시제 복합재료 접시형 안테나 반사판의 개발 결과를 보여준다. 개발을 위해서 유한요소법을 통한 적층인자 연구를 통한 저열팽창/등방변형의 반사판 설계기법을 확립하였으며, Fiber Placement System을 통한 자동섬유적층법을 이용하여 접시형 안테나 반사판이 제작되었다. 제작된 반사판은 Full Bridge Circuit의 Strain Cage를 이용한 열변형 실험법으로 열팽창 거동에 대한 실험을 수행하였으며, 열변형 해석결과와의 비교를 통하여 제작된 구조물을 검증하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제28권12호
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• pp.1914-1922
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• 2004

This paper provides a comprehensive study of optimum design of a helicopter tailrotor driveshaft made of the flexible matrix composites (FMCs). Since the driveshaft transmits power while subjected to large bending deformation due to aerodynamic loadings, the FMCs can be ideal for enhancing the drivetrain performance by absorbing the lateral deformation without shaft segmentation. However, the increased lateral flexibility and high internal damping of the FMCs may induce whirling instability at supercritical operating conditions. Thus, the purpose of optimization in this paper is to find a set of tailored FMC parameters that compromise between the lateral flexibility and the whirling stability while satisfying several criteria such as torsional buckling safety and the maximum shaft temperature at steadystate conditions. At first, the drivetrain was modeled based on the finite element method and the classical laminate theory with complex modulus approach. Then, an objective function was defined as a combination of an allowable bending deformation and external damping and a genetic algorithm was applied to search for an optimum set with respect to ply angles and stack sequences. Results show that an optimum laminate consists of two groups of layers: (i) one has ply angles well below 45$^{\circ}$ and the other far above 45$^{\circ}$ and (ii) the number of layers with low ply angles is much bigger than that with high ply angles. It is also found that a thick FMC shaft is desirable for both lateral flexibility and whirling stability. The genetic algorithm was effective in converging to several local optimums, whose laminates exhibit similar patterns as mentioned above.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권1호
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• pp.21-29
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• 2017

복합재료 적층판 기계적 체결부(ASTM D5961 Proc. A, B)에 대하여 치구 설계에서 시험 결과의 해석까지 전체 과정을 제시하였다. 복합재료 적층판 기계적 체결부를 유한요소법을 사용하여 분석하였으며 시험 결과와 비교하였다. 시험편의 파손 거동을 분석하기 위해 점진적 파손해석 방법을 유한요소법에 적용하였다. 시험 파손 하중을 예측하기 위해 3가지 파손이론(최대 응력, 최대 변형률, Tsai-Wu)을 FEM에 적용하였다. 기계적 체결부의 일반적인 변수들을 검토하였으며 주요 변수에 대하여 베어링 강도 차이를 비교하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권5호
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• pp.607-614
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• 2011

본 연구는 복합신소재로 구성된 중앙 개구부를 갖는 적층 판구조의 비선형 동적 거동을 다룬다. 1차 전단 변형 판이론에 기반하여, 비선형 동적 방정식의 해는 Newmark 방법과 Newton-Raphson 반복법을 혼용하여 적용하여 산정하였다. 본 연구에서 개발한 유한요소 해석프로그램을 사용하여 개구부의 크기와 적층 배열의 변화가 판의 기하학적 비선형 거동에 미치는 영향을 상세 분석하였다. 몇 가지 수치해석 결과는 기존 연구자로부터 얻어진 결과와 잘 일치하는 것으로 나타났다. 본 연구의 새로운 결과는 경사 적층 구조의 중앙 개구부의 크기와 적층 배열과의 중요한 상호관계를 보여준다. 몇 가지 수치예제는 개구부를 갖는 적층 판구조를 설계하는데 필요한 가이드라인을 제시하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제11권9호
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• pp.3176-3183
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• 2010

본 논문은 다축 하중을 받는 복합재 압력용기의 멀티 스케일 피로수명 예측 방법을 제시하였다. 멀티 스케일 접근법은 복합재료의 기본 구성재료인 섬유, 기지 및 섬유/기지 경계면의 거동으로부터 복합재 플라이, 적층판 및 구조물의 전체 거동을 예측한다. 멀티 스케일 피로수명은 거시적 응력 해석과 미시적 피로파손 해석을 통해 예측된다. 유한요소법을 이용하여 복합재 압력용기의 적층판에 가해지는 다축 피로하중을 구하며, 고전적층판이론을 이용하여 적층판의 플라이 응력을 계산하였다. 미소역학 모델을 이용하여 플라이 응력으로부터 각각 섬유, 기지 및 섬유/기지 경계면에 발생되는 응력을 계산하였다. 복합재 구성재료의 피로수명은 섬유에 대해서는 최대응력법을, 기지에 대해서는 등가응력법을, 섬유/기지 경계면에 대해서는 임계평면법을 사용하였다. 평균응력을 고려하기 위하여 수정된 Goodman 식을 적용하였다. 모든 피로하중에 의한 손상은 Miner 법칙을 이용하여 선형 누적이 되고, 이를 통해 최종 피로파손을 판단한다. 섬유와 기지의 물성값, 섬유체적비 및 와인딩 각도의 확률분포에 따른 복합재 압력용기의 피로수명 영향을 분석하기 위해 몬테카르로 시뮬레이션을 수행하였다.

• 대한조선학회지
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• 제27권4호
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• pp.58-66
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• 1990

기계적 체결방법은 분해 및 조립이 용이하고 본드접착에 의한 결합보다 신뢰도가 높은 장점이 있으나 원공으로 인한 높은 응력집중을 초래하고 국부적으로 집중된 응력 재분포의 메카니즘이 등방성 재료와는 달리 매우 복잡하고 실적 데이타 및 실험자료가 거의 없어, 복합재료구조물의 결합방법으로 많은 연구 검토를 필요로 하고 있다. 본 연구에서 사용한 시편은 $[0^{\circ}/45^{\circ}90^{\circ}/-45^{\circ}]_s$ 적층판으로 W(시편의 폭)/d(핀의 직경) 및 L(edge의 거리)/d를 변화시키면서 실험을 수행하여 기하학적 형상 및 적층강도 변화에 따른 파손강도 및 파손양상을 측정하여 그 결과를 이론해석 값과 비교하였다. 실험결과에 따라 최적기법으로 만든 새로운 변수 $\alpha,\;\beta,\;\gamma$를 재료상수로 취급하여 W/d및 L/d와 체결강도와의 관계식을 이용하면, 동일한 재료로 제작한 적층판의 체결강도를 8%이내의 오차로 예측 가능하다. 초음파 탐상법(Ultrasonic C-scanning)으로는 손상영역 탐색 및 손상영역 확대과정을 파악하고, X-ray로는 몇 단계 하중상태에서 손상부를 촬영하였고, SEM(Scanning electron microscopes)을 이용 원공주위 파손부의 균열의 진전상태를 미시적으로 관찰하였다. 파손강도 및 파손양상에 대한 실험결과와 FEM이론해석 모델에 예측한 값과의 차이는 $L/D=2{\sim}3$인 경우를 제외하고는 대부분 일치하였다.