내압을 받는 섬유강화 복합적층 파이프 구조를 해석하기 우해 감절점 원통형 쉘 유한요소를 이용하였다. 이요소는 lockintg현상을 제거하고, 수렴성을 개선하기 위해 감차적분기법, 변위형의 추가, 가정된 전단 변형 도장을 사용한 9절점의 3차원 쉘 유한요소이다. 이 유한요소를 이용하여 여러개의 예제를 해석하고, 결과를 이론식 및 다른 구조해석 프로그램과 비교하였다. 비교결과 유한요소의 수렴도 양호하였고, 섬유강과 복합적층 파이프 구조의 섬유 배향 각도를 증가시킴에 따라 파이프의 처짐은 감소하면서 파이프의 강성이 증가함을 알 수 있고 이는 또한 90.deg.적층 각도가 내압을 받는 파이프 구조의 hoop tension을 유효하게 받을 수 있음을 보여주고 있다.

일반적으로 복합재료 적층원통관의 강도와 강성은 세장모수, coupling 강성모수, 섬유배향각, 적층방법, 그리고 적층수 등의 변동성에 매우 민감하게 변화한다. 본 논문에서는 복합재료 적층원통관의 합리적인 신뢰성해석을 수행할 수 있는 강도 및 좌굴한계상태함수를 제안하고, 전술한 인자들이 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic) 적층원통관의 강도 및 좌굴신뢰성에 미치는 영향을 고찰하였다. 이들은 복합재료 적층원통관의 강도 및 좌굴신뢰성에 매우 다양하고 복합적인 영향을 미치기 때문에 최적설계기법이나 설계규준의 개발등을 통하여 설계관련 인자들을 설계에 합리적으로 반영하므로서 실무에서 균형설계(Balanced Design)를 위한 일관성 있는 안전도/신뢰도의 확보가 가능하다고 사료된다.

본 연구의 목적은 시멘트계 복합재료의 적층을 위해 증점제를 적용하여 개발한 출력배합의 수축 특성을 평가하고, 프린팅 기법을 이용해 제작한 적층시험체와의 수축 특성을 비교하는 데 있다. 증점제 적용 시 수축이 기준배합과 비교하여 평균 25% 저감(56일 기준)되는 것을 확인하였다. 수축이 저감되는 긍정적인 효과에 반해 압축강도는 약 15% 감소(28일 기준)되는 부정적인 효과도 확인되었다. 출력배합을 이용해 제작한 적층시험체와 몰드시험체를 이용하여 수축을 평가한 결과, 적층시험체의 수축변형률이 약 25% 감소(28일 기준)되는 것을 확인하였다. 본 연구결과를 통해 3D 프린팅을 이용한 시멘트계 복합재료의 출력 시 수축의 진전속도와 수축으로 인한 균열의 발생시점을 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

콘크리트의 취성적인 단점을 보완하기 위해 시멘트 매트릭스 내에 체적의 2%내외 합성섬유를 첨가한 고인성 시멘트 복합 재료는 뛰어난 연성을 가지는 재료이다. 한편, 조개껍질과 같은 갑각류의 껍질은 시멘트계 재료와 유사하게 탄산칼슘을 주성분으로 이루어져 있으며 수많은 층으로 이루어진 구조로 인해 높은 인장강도를 지니고 있다. 본 연구에서는 조개껍질의 구성형상을 생체모방하여 PE mesh를 고인성 시멘트 복합재료 내부에 삽입하여 시멘트 매트릭스를 층상화하여 휨실험을 실시하였다.

As development of the construction technique, new composite material has been developed and research on structures made of this material is needed recently. In this study, curved composite laminated frame structure with four ply is analyzed using shell elements. There are six angle change cases and maximum vertical displacement with case 2 and 6 which have ±45 degree is smaller than other cases’ displacements.

다양한 형태로 만들어진 복합소재 구조는 저중량, 고강도, 그리고 고강성 등의 장점으로 인하여 공학 분야에서의 적용성이 증대되고 있다. 또한, 고속 충돌 등의 극한 충격에 대한 충격흡수율이 높아 고성능 방재로 유용하다 할 수 있다. 그러나 적층 구조 부재에 개구부 등이 존재하거나 개구부 주위에 층간분리현상이 발생하는 경우 정적 또는 동적거동에 중요한 영향을 미치게 되며 경우에 따라 불안정 상태에 도달할 수 있다. 좌굴과 같은 정적 불안정 해석은 다양한 연구자들에 의해 수행되었으나, 주기 하중을 받는 적층 구조의 동적 불안정에 관한 연구는 아직 미미한 실정이다. 본 연구는 기존 연구의 한계 및 제한을 개선한 동적 안정 또는 불안정 해석을 수행하고자 하였다. 첫째, 다양한 기하학적 형태를 갖는 복합신소재 구조를 해석하였다. 주기함수 형태의 면내 하중을 받는 정사각형판, 각도를 갖는 경사판, 개구부를 갖는 판, 그리고 곡률을 갖는 쉘 등으로 나누어 기하학적 형상 변화에 따른 동적 안정성에 미치는 효과를 분석였다. 두 번째로 층간분리 현상을 고려하였으며, 층간 분리의 정도에 따라 동적 안정성의 변화를 분석한다. 특히 섬유보강각도 변화에 따른 동적 안정 영역의 변화 경향을 추적하도록 하였다. 세 번째로 HSDT를 적용하여 해석의 정확성을 더욱 높이도록 한다. 마지막으로 세 가지 매개변수를 동시에 적용하여 상호영향을 상세 분석하여 동적 거동을 예측하고자 하였다.

복합재료가 신재생 에너지 산업 관련 구조물 및 해양 구조물에서 좀 더 신뢰도 있는 주 하중 부재로 사용되기 위하여 복합재료평판의 확률론적 비선형 초기 파단 하중과 원공과 곡률이 있는 복합재료판의 확률론적 비선형 좌굴 하중이 평가되었다. 주어진 설계 추출점에서의 확정론적 유한요소해석 결과를 바탕으로 반응면기법을 이용하여 한계상태면을 확률변수로 이루어진 2차 다항식으로 근사하였다. 또한, MPFP 근처에서 좀 더 정확하게 한계상태면을 근사하기 위하여 반복적 선형보간법이 적용되었다. 파괴확률을 평가하기 위하여 근사된 한계상태면 상에서 향상된 일계이차모멘트법과 몬테카를로법이 수행되었다. 마지막으로 파단에 영향을 주는 주요한 확률변수를 파악하기 위하여 변환된 확률변수에 대한 신뢰도지수의 감도를 계산하였다.

This study is aimed to examine the minimum required thickness of U-shaped ribs for the laminated composite plates under in-plane uniaxial compression. 3-dimensional finite element models for the U-rib stiffened plates were setup by using ABAQUS and then a series of eigenvalue analyses were conducted. The minimum required thickness was compared by applying the orthotropic plates with the eight layer composite layups of [(0°)4]s, [(0°/90°)2]s and [(-45°/45°)2]s. There is a need to develope a simple design method to determine the minimum required thickness of U-shaped ribs, which should require more much parametric analysis results than a series of data shown in this study. This study will contribute to the future study for establishing the optimum design method of U-rib stiffened plates.

최근 국내에서도 지진의 발생 가능성이 증가하는 추세이며 교량 및 터널 등의 시설물에 대한 지진과 같은 예상하지 못한 작용하중에 대한 안전성을 강화하고 있다. 특히, 1988년 이전 건설된 도시철도 시설물의 대부분은 내진설계가 반영되지 않아 지진하중에 대해 취약할 수 있으므로, 내진안전성에 대한 검토와 보강이 요구되고 있다. 이 연구에서는 도시철도 개착식 터널의 내진성능 향상을 도모하고자, 구조적 취약부분인 내측 기둥에 내진보강을 위한 새로운 FRP-연성재 적층복합체를 제안하였다. 적층조건에 따른 FRP-연성재 적층복합체에 대한 실험을 통해 재료물성치를 산출하여, 이를 근간으로 수치모델을 작성하였다. 수치해석을 통해 제안된 보강재로 보강된 RC기둥의 내진성능이 증대됨을 알 수 있었다. 또한 섬유보강재의 적층조건 (연성재의 종류, FRP 적층수, 섬유배향각)에 따라 성능 향상의 차이가 있는 것을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 등분포 하중을 받는 섬유 보강 복합재료 관의 좌굴 거동을 분석하였다. 등방성의 원통형 구조물의 경우, 좌굴 형상은 단면만 변형할 뿐 길이방향으로의 단면 형상은 일정한 2차원 좌굴이 발생하나, 섬유 보강 복합재료와 같은 이방성 재료로 구성된 원통형 구조물의 경우에는 길이 방향으로 단면의 형상이 변화하는 3차원 좌굴이 발생하게 된다, 또한 적층 구조물에서는 적층각의 변화에 따라 각 방향에 따른 재료의 강도가 변화하므로, 적층각의 변화는 구조물의 강도를 변화시킨다. 본 연구에서는 원통형 적층 구조물의 2차원 좌굴과 3차원 좌굴의 경계를 조사하고, 적층각 변화에 따른 섬유 보강 복합재료 관의 좌굴 강도를 평가하였다.