• Steel and Composite Structures
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• 제30권4호
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• pp.305-313
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• 2019

Creating different cutout shapes in order to make doors and windows, reduce the structural weight or implement various mechanisms increases the likelihood of buckling in thin-walled structures. In this study, the effect of cutout shape and geometric imperfection (GI) is simultaneously investigated on the critical buckling load and knock-down factor (KDF) of composite cylindrical shells. The GI is modeled using single perturbation load approach (SPLA). First, in order to assess the finite element model, the critical buckling load of a composite shell without cutout obtained by SPLA is compared with the experimental results available in the literature. Then, the effect of different shapes of cutout such as circular, elliptic and square, and perturbation load imperfection (PLI) is investigated on the buckling behavior of cylindrical shells. Results show that the critical buckling load of a shell without cutout decreases by increasing the PLI, whereas increasing the PLI does not have a great impact on the critical buckling load in the presence of cutout imperfection. Increasing the cutout area reduces the effect of the PLI, which results in an increase in the KDF.

• Composites Research
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• 제34권5호
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• pp.283-289
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• 2021

본 연구에서는 압축력을 받는 얇은 복합재 원통 구조에 대하여 기하학적 혹은 하중에 대한 초기 결함 모델을 이용하여 수치해석적으로 좌굴 Knockdown factor를 새롭게 도출하였다. 전역 좌굴이 발생하기 이전에 타원형상의 변형 형상을 갖는 복합재 원통 구조를 사용하였다. 복합재 원통 구조의 기하학적 초기 결함만 고려하기 위하여 Single Perturbation Load Approach를 이용하였으며, 기하학적 초기 결함과 더불어 하중 불균일을 함께 구현하기 위하여 Single Boundary Perturbation Approach를 사용하였다. 기하학적 초기 결함 모델의 좌굴 Knockdown factor는 NASA의 기존의 좌굴 Knockdown factor보다 약 84% 높게 도출되었으며, 좌굴 시험에 비하여서는 약 9% 낮게 도출되었다. 기하학적 초기 결함과 하중 불균일을 함께 고려하는 모델의 좌굴 Knockdown factor는 NASA의 좌굴 Knockdown factor에 비하여서는 약 75% 높게, 그리고 좌굴 시험보다 약 14% 낮게 계산되었다. 따라서, 본 연구의 좌굴 설계 기준은 고려된 초기 결함 모델과 상관없이 기존의 좌굴 설계 기준에 비하여 경량 설계의 제공이 가능함과 동시에 좌굴 시험 대비 적절히 보수적인 설계 기준을 제공할 수 있음을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권4호
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• pp.321-328
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• 2021

본 연구에서는 우주 발사체의 복합재 추진제 탱크 구조의 경량 설계를 위하여 좌굴 Knockdown factor를 ABAQUS를 이용한 수치해석 기반으로 새롭게 도출하였다. 복합재 원통 구조의 다양한 두께비(R/t)와 세장비(L/R)를 적절히 고려하였으며, 기하학적 초기 결함을 Single Perturbation Load Approach를 이용하여 구현하였다. 두께비 = 500 및 세장비 = 2.04를 갖는 복합재 원통 구조의 모델의 경우, NASA의 기존 좌굴 설계 기준보다 약 84.38%만큼 좌굴 Knockdown factor가 높게 도출되어 본 연구의 좌굴 설계 기준을 이용할 경우 복합재 추진제 탱크의 경량 구조 설계가 가능함을 확인하였다. 더불어, 복합재 원통 구조의 두께비와 세장비가 각각 증가함에 따라 전역 좌굴 하중과 좌굴 Knockdown factor가 모두 감소하는 경향을 알 수 있었다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제87권5호
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• pp.419-429
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• 2023

This study conducts numerical analyses of a thin-walled composite cylinder under axial compression and internal pressure of 10 kPa. Numerical vibration correlation technique and nonlinear postbuckling analyses are conducted using the nonlinear finite element analysis program, ABAQUS. The single perturbation load approach and measured imperfection data are used to represent the geometric initial imperfection of thin-walled composite cylinder. The buckling knockdown factors are derived using present initial imperfection and analysis methods under axial compression without and with the internal pressure. Furthermore, the buckling knockdown factors are compared with the buckling test and computation time are calculated. In this study, derived buckling knockdown factors in present study have difference within 10% as compared with the buckling test. It is shown that nonlinear postbuckling analysis can derive relatively accurate buckling knockdown factor of present thin-walled cylinders, however, numerical vibration correlation technique derives reasonable buckling knockdown factors compared with buckling test. Therefore, this study shows that numerical vibration correlation technique can also be considered as an effective numerical method with 21~91% reduced computation time than nonlinear postbuckling analysis for the derivation of buckling knockdown factors of present composite cylinders.