In this study, the structural integrity of the composite rocket motor case of a space launch vehicle was evaluated by conducting compression and bending tests. Two composite rocket motor case specimens with different stacking patterns were prepared for each test, and a dedicated jig was designed and manufactured. The test procedure was developed and applied separately for compression and bending tests. By performing these tests, the composite rocket motor case structural safety was assessed.

본 논문에서는 구조물의 좌굴 온도와 좌굴 형상을 제어하는 새로운 크기 최적화 방법에 대해서 소개한다. 구조적 안정성 관점에서 구조물의 좌굴 온도와 좌굴 형상을 예측하는 것은 중요한 주제 중 하나이다. 이를 공학적인 직관을 통해 예측하고 최적화된 구조 설계 를 하는 것은 너무나 어려운 과제이다. 이러한 한계점을 해결하기 위해 본 연구에서는 유한요소 시뮬레이션과 치수 최적 설계 방식의 조합을 제안한다. 구조물의 좌굴 온도와 좌굴 형상이 구조물의 두께에 영향을 받는다는 생각에서 착안해 설계 변수를 구조물의 노드 의 두께 값으로 설정했다. 좌굴 온도 값과 좌굴 형상을 목적 함수로 정해진 부피 값을 제약 조건으로 두었다. 치수 최적 설계를 통해 원 하는 좌굴 온도와 좌굴 형상을 유도하기 위한 최적의 두께 분포를 결정할 수 있다. 제안된 치수 최적 설계의 타당성은 본 논문의 다양 한 직사각형 복합 구조물 예제들을 사용해서 검증하였다.

본 연구에서는 T형 박벽 보의 휨과 좌굴해석을 위해 직교좌표계에 근거한 전단변형을 고려한 적층복합 보 요소를 제안한다. 1차 전단변형 보 이론을 사용하여 유도된 유한요소는 휨 전단변형 및 뒴 비틀림과 재료 비등방성 성질에 따른 연계성을 고려한다. 전체 포텐셜 에너지 원리를 이용해 지배방정식을 유도하였다. 지배방정식의 해를 구하기 위해 변위법에 근거한 2절점, 3절점, 4절점 요소의 세 가지 보 요소를 제안하였다. 압축력을 받는 T형 보의 기하학적 강성은 좌굴하중을 산정하는 데 사용된다. 제안된 보 요소를 검증하기 위해 처짐과 좌굴 해석을 수행하였으며 ABAQUS 상세 유한요소 해석결과와 비교하였다. 최대 처짐에 대한 파이버 방향성과 높이 대 지간 비율과 대칭 적층복합 보의 임계좌굴하중 영향을 조사하였다.

조합하중 작용 시 현무암섬유 강화 복합재료(BFRP) 플레이트의 좌굴거동에 대한 해석적 연구를 유한 요소법(FEM)을 통하여 평가하였다. 복합재료 플레이트 내에서 고려될 수 있는 경계 조건, 치수의 종횡비 및 하중 조건과 같은 다양한 매개변수에 대한 영향성을 연구하였다. BFRP의 역학적 성질은 국내에서 제작된 시편을 이용하여 인장 및 면내 전단 실험을 통하여 구하였다. 산정된 물성치를 토대로 고전적인 판 이론을 이용하여 대칭으로 적층된 판을 우선적으로 분석하였다. 그 결과 2축 및 전단에 대한 조합 하중의 경우, 종횡비가 0.5∼1.0 일 때 좌굴하중이 빠르게 감소한다는 것을 알 수 있었다. 이와 반대로, 종횡 비가 1.0∼2.5 일 때는 좌굴하중이 약간 감소하는 경향이 보였다. 또한, 기존 축 방향 하중의 평면 내 전단 하중을 조합하여 추가할 경우 플레이트 판 내의 좌굴하중 감소가 약 4% 정도로서 큰 영향을 미치지 못함을 알 수 있었다.

앏은 패널 형태의 구조물은 그 형상의 특성상 좌굴이 발생하기 쉽다. 등방성 재료에 대한 좌굴의 해석은 그동안 많은 연구가 이루어졌다. 그러나 복합재의 경우는 좌굴 현상의 거동이 매우 복잡하고 난해하기 때문에 많은 연구가 이루어지지 않았다. 적층복합재의 좌굴거동을 수치적으로 해석하기 위하여 3D 쉘요소를 적용하여 해석을 수행하였다. 본 연구에서는 3가지 종류의 layup에 대하여 비선형 좌굴 현상을 계산하였고 좌굴거동의 하중-변위 특성 관계를 규명하였다. 적층복합재의 경우 좌굴 거동이 극심한 비선형 현상을 나타내며, 또한 수치적으로 수렴하기 어렵다. 3가지 layup 적층복합재의 좌굴 거동을 해석하기 위하여 arc-length 방법을 사용하였다. 비선형 좌굴 거동의 힘-변위 곡선을 계산 하였고 또한 Tsai-Wu 파괴이론에 의하여 좌굴거동이 발생하면서 복합재의 파괴를 계산하였다.

A pultruded fiber reinforced polymer plastic (PFRP) structural is one of the most widely used composite member in construction. In generally, PFRP members is composed of plate elements so that it needs to evaluate stability problems when they are used by construction members. On the other hand, creep effect may be occurred in PFRP members under sustained load. Primary to experiment for PFRP creep, previous works are studied. In the previous work related to buckling of PFRP member, it can be calculated buckling strength of PFRP members when it is known that material property of longitudinal and transverse direction of PFRP members. The researches for creep behavior of PFRP has been conducted and time-dependent degradation elastic moduls can be predicted by the empirical equation. In this study, it will be conducted creep test for PFRP and time-dependent stress-strain relationship will be plotted. It is expected that long-term buckling behavior of PFRP is evaluated by theoretical and numerical method such as finite element method.

Using closed-section ribs as longitudinal stiffeners have been proven to be an effective system for axially compressed members, however, studies on the application of these on laminated composite shell are insufficient. Thus, this study aims to evaluate the buckling behavior of the laminated composite shell when closed-section ribs were applied as longitudinal stiffeners. The effect of the rotational stiffness of the closed-section ribs on the buckling modes and strengths will be determined in this paper. The three-dimensional finite element modeling were set up using ABAQUS and a series of eigenvalue analysis were conducted, applying eight layers of the layup [(0°)4]s, [(45°/-45°)2]s and [(0°/90°)2]s on the orthotropic plates. Through the parametric studies, the increasing effect on the elastic buckling strengths due to the rotational stiffness are numerically verified, and the buckling strength of a longitudinally stiffened shell with a laminated composite material were compared with that of the isotropic material.

The pultruded fiber reinforced polymer plastic (PFRP) is one of the most actively studied composite materials for the structural member in construction industries. In domestic design process, the PFRP member is designed as an isotropic material having only longitudinal material properties for simplicity, because it is too complex to consider orthotrophy of PFRP perfectly. In this study, three cases of buckling analysis of PFRP plate is conducted theoretically and numerically. First, the PFRP plate is considered as an orthotropic material. Second, the PFRP plate is considered as an isotropic plate having only longitudinal material properties. Third, the PFRP plate is considered as an isotropic plate having geometric mean of longitudinal and transverse material properties. As a result of buckling analysis, a buckling strength of PFRP plate as an isotropic plate having only longitudinal material properties is about 2.21 times larger than that of PFRP plate analyzed as an orthotropic plate. On the other hand, a buckling strength of PFRP plate as an isotropic plate having geometric mean material properties is about 1.19 times larger than that of PFRP plate analyzed as an orthotropic plate. In conclusion, the safety factor of 3 used in domestic design process of PFRP member is no longer applicable due to overestimation of buckling strength of PFRP member which leads to nonconservative design.

A pultruded fiber reinforced polymer plastic (PFRP) structural member consisted of plate elements, which is commonly used as construction member, may be considered as an orthotropic material due to its unique manufacturing process. It has different mechanical properties with respect to the longitudinal and transverse directions. This orthotropic nature of PFRP material needs to be considered in the analysis of buckling behavior. In this paper, a simplified buckling analysis for PFRP plate using geometric mean of the longitudinal and transverse mechanical properties is performed. The comparison between exact buckling analysis and simplified buckling analysis is conducted. Each analysis is performed by the Levy method and the finite element method (FEM), respectively.

This study is aimed to examine the influence of the rotational stiffness of U-shaped ribs on the local buckling behaviors of laminated composite plates. Applying the orthotropic plates with eight layers of the layup [(0°)4]s and [(0°/90°)2]s, 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. There is a need to develope a simple design equation to establish the rotational stiffness effect, which could be easily quantified by comparing the theoretical critical stress equation for laminated composite plates with elastic restraints based on the Classical laminated plate theory. Through the parametric numerical studies, it is confirmed that there should clearly exist an increasing effect of local plate buckling strength due to the rotational stiffness by closed-section ribs. An applicable coefficient for practical design should be verified and proposed for future study. This study will contribute to the future study for establishing an increasing coefficient for the design strength and optimum design of U-rib stiffened plates.

This study is aimed to examine the influence of the rotational stiffness of U-shaped ribs on the local buckling behaviors of laminated composite plates. Applying the orthotropic plates with eight layers of the layup [(0°)4]s and [(0°/90°)2]s, 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. There is a need to develope a simple design equation to establish the rotational stiffness effect, which could be easily quantified by comparing the theoretical critical stress equation for laminated composite plates with elastic restraints based on the Classical laminated plate theory. This study will contribute to the future study for evaluating the design strength and optimum design of U-rib stiffened plates.

Even though the longitudinally stiffened laminated composite plates with closed section ribs should be an effective system for axially compressed members, the existing researches on the applications of closed-section ribs, especially for the laminated composite plates, are not sufficient. This study is aimed to examine the influence of the sectional stiffness of U-shaped ribs on the buckling modes and strengths of laminated composite plates. Applying the orthotropic plates with eight layers of the layup [(0°)4]s and [(0°/90°)2]s, 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. From the parametric studies, the minimum required ply thicknesses as well as the buckling strengths were presented for the analysis models. The buckling strengths were compared with the theoretical critical stress equation for simply supported plates based on the Classical laminated plate theory. This study will contribute to the future study for evaluating the minimum required stiffness and optimum design of U-rib stiffened plates

압축을 받는 복합적층판의 보강을 위해 폐단면리브를 적용하는 것이 효과적이나, 적정 크기나 최적 두께에 대한 충분한 연구자료가 제시되지 못하고 있다. 이에 따라 폐단면리브 단면 제원에 따른 복합적층판의 압축좌굴 거동에 대한 영향이 우선 검토되어야 할 필요성이 있다. 본 논문에서는 직교이방성 [(0°)4]s와 Cross-ply [(0°/90°)2]s 적 층단면을 각각 고려하여 U리브 단면강성에 따른 복합적층 보강판의 탄성좌굴강도 및 좌굴모드의 변화를 수치해석 적으로 검토하였다. 구조부재로써 적용성을 고려하여 U리브 단면 모델을 선정하였고 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 U리브 적층두께에 따른 고유치 해석을 실시하였다. U리브와 같은 폐단면 보강재를 적용한 복 합적층판에서는 단순지지 조건의 판좌굴 강도에 비해 상승효과가 있음이 본 연구의 수치해석 결과로부터 입증되었 으며 본 해석연구 대상 모델에 대해 U리브 최적 적층두께를 분석하였다. 본 논문의 연구 결과는 향후 U리브의 최 적 단면 선정방안을 제시하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

복합적층구조의 층간분리현상은 탄성좌굴하중을 감소시키며 설계값보다 낮은 수준에서 전체구조물의 파괴를 유발 한다. 따라서 복합적층구조의 층간분리 현상은 매우 중요한 문제이며 많은 이론과 실험적인 연구가 진행되어왔다. 본 연구에서는 3차원 이론을 사용한 효과적인 유한요소법에 기초하여 임베디드된 사각형 층간분리 현상을 갖는 복 합적층판의 탄성좌굴 거동을 분석하였다. 해석을 위해 개발된 3차원 유한요소는 EAS-SOLID8이라고 이름 붙여졌으 며 강화된 대체 변형률 방법을 사용하였다. 임베디드된 사각형 층간분리를 갖는 복합적층판의 탄성좌굴거동 분석을 위해 경계조건, 폭-두께비 변화에 대하여 매개변수 해석을 수행하였다. 본 연구의 그래프와 좌굴모드는 임베디드된 사각형 층간분리를 갖는 복합적층판의 설계에 매우 유용한 자료가 될 것으로 사료된다.

복합 적층 판과 보강 재를 설치한 보강된 복합 적층 패널의 좌굴을 고려한 설계에서, 좌굴이 항상 구조물의 최종 파손을 의미하는 것은 아니므로 이들의 좌굴 및 좌굴 후 거동에 대한 정확한 이해와 연구가 필요하다. 본 연구에서는 유한요소 법을 이용하여 적층 메커니즘과 섬유 배향각, 적층 순서 등이 복합 적층 판과 보강된 복합 적층 패널의 좌굴 및 좌굴 후 거동에 미치는 영향을 체계적으로 해석하였고, 각 변수에 따른 좌굴 및 좌굴 후 거동 특성을 분석하였다.

복합재료는 강도-무게비가 다른 재료들에 비해 훨씬 크기 때문에 부재의 좌굴문제가 대단히 중요하게 취급되며, 본 논문에서는 축방향 압축력을 받는 복합재료로 된 쉘 부재의 좌굴해석이 수행된다. 이 재료는 일반적으로 이방성 재료 특성을 나타내 보이나, 섬유들이 한 방향으로만 배치되어 있는 경우 섬유방향에 연직한 평면에서의 강도나 탄성계수들은 모두 일정한 횡 등방성 재료성질을 가진 것으로 간주할 수 있다. 9 절점 degenerate 쉘 유한요소를 사용한 선형안정해석, LUSAS 범용 프로그램을 이용한 구조해석, 그리고 고전적 쉘 좌굴방정식에 의한 해석들을 수행하였으며, 그 결과들을 서로 비교, 분석하였다. 고려된 등방성 재료나 횡 등방성 재료의 경우 모두, degenerate 유한요소해석으로 계산한 임계하중들은 고전적 이론해에 의한 결과들 보다 낮았으며, LUSAS 결과들과는 거의 같았다. 이는 degenerate 유한요소에 의한 선형안정해석 결과들이 안전측에 듬을 의미하며, 복합재료로 된 쉘 구조물의 좌굴해석에 degenerate 유한요소를 효율적으로 적용할 수 있음을 의미한다.

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.

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.