본 연구는 탄소나노튜브/보강섬유/폴리머 복합 쉘에 대한 동적응답을 다루었다. 단일벽 탄소나노튜브, 유리섬유 및 에폭시 레진으로 구성된 3단계 복합구조이며, 유효 물성값은 멀티스케일 해석을 통하여 산정하였다. 유한요소 프로그램인 ABAQUS를 적용하여 다양한 탄소나노튜브 함유비율, 적층각도, 곡률 및 중앙 개구부의 다양한 변화에 대한 동적응답 및 상호 작용을 분석하였다. 본 연구는 원통형 복합쉘의 동적 하중에 의한 처짐을 감소시킬 수 있는 변수들의 중요성을 보여주었다.

본 연구에서는 중앙 개구부를 갖는 카본나노튜브/유리섬유/폴리머 합성 복합 적층쉘을 다루었다. 수정된 Halpin-Tsai 모델과 마이크로 역학적 접근방법은 단일벽 탄소나노튜브의 합성 비율에 따른 탄성적 물성변화를 추정하기 위하여 적용되었다. 유한요소 해석을 통하여 쉘의 고유진동 및 모드 특성을 분석하였다. 탄소나노튜브의 무게 비율, 보강섬유 각도, 개구부 크기, 고 유진동수 및 고유모드의 상관관계를 규명하였다. 개구부를 갖는 경우와 갖지 않는 경우에 대하여 곡률 변화에 따른 기존 문헌 과의 비교를 통하여 본 연구결과를 검증하였다. 본 연구결과는 고유진동 특성에 영향을 미치는 탄소나노튜브 보강의 중요성을 보여준다.

This study carried out finite element deflection analysis of cylindrical shell structures made of composite materials, which is based on the micro-mechanical approach for different fiber-volume fractions. The finite element (FE) models for composite structures using multi-scale approaches described in this paper is attractive not only because it shows excellent accuracy in analysis but also it shows the effect of the material combination. New results reported in this paper are focused on the significant effects of the fiber-volume fraction for various parameters, such as fiber angles, layup sequences, and length-thickness ratios. It may be concluded from this study that the combination effect of fiber and matrix, largely governing the dynamic characteristics of composite shell structures, should not be neglected and thus the optimal combination could be used to design such civil structures for better dynamic performance.

In this study, composite laminate cantilever type cylindrical shells with edge-stiffeners are analyzed. A versatile 4-node flat shell element which is useful for the analysis of shell structures is used. An improved flat shell element is established by the combined use of the addition of non-conforming displacement modes and the substitute shear strain fields. Two models by load conditions are considered. Load type A and B are loaded by point load at the free edge and line load respectively. A various parameter examples are presented to obtain proper stiffened length and stiffened thickness of edge-stiffeners. It is shown that the thickness of shell can be reduced minimum 30% by appropriate edge-stiffeners.

In the present study, an Element-Based Lagrangian Formulation for the nonlinear analysis of shell structures is presented. The strains, stresses and constitutive equations based on the natural co-ordinate have been used throughout the Element-Based Lagrangian Formulation of the present shell element which offers an advantage of easy implementation compared with the traditional Lagrangian Formulation. The Element-Based Lagrangian Formulation of a 9-node resultantstress shell element is presented for the anisotropic composite material. The element is free of both membrane and shear locking behavior by using the assumed natural strain method such that the element performs very well in thin shell problems. The arc-length control method is used to trace complex equilibrium paths in thin shell applications. Numerical examples for laminated composite curved shells presented herein clearly show the validity of the present approach and the accuracy of the developed shell element.

This paper is presented for the analysis results of the bending problems of the anisotropic cylindrical shells. In the numerical analysis of various mechanical problems involving complex partial differential equations, Finite element method is used to analyze the governing equations of anisotropic cylindrical shells. Both thin shell theory and thick shell theory are used as the basic governing equations of bending problems in the anisotropic cylindrical shells. The analysis results are compared between the anisotropic thick cylindrical shells and the anisotropic thin cylindrical shells. The results of this study will be contribute to analyze the bending behavior of anisotropic cylindrical shells.

물에 잠긴 다공 원통형 쉘의 경우 물에 잠긴 상태로 유한요소해석을 하기에는 거의 불가능하므로 등가물성치를 사용하여야 한다. 다공 평판의 경우 이에 대한 등가물성치를 ASME 코드에서 제시하고 있지만, 다공 원통형 쉘의 등가물성치에 대한 연구는 아직까지 수행된 적이 없다. 따라서 본 연구에서는 유한요소해석을 이용하여 다공 원통형 쉘의 동적 해석에 이용할 수 있는 등가물성치를 제안하였고 그 타당성을 검증하였다.

본 연구의 목적은 축대칭 하중을 받는 원통형 펄의 엄밀해를 구하는데 있어서, 간략하면서도 엄밀한 해를 구하는 방법을 제시하고자 하는데 있다. 이는 임의 형상의 구조해석을 위한 강력한 도구이긴 하지만 여전히 근사해석인 유한요소법에 대체될 수 있을 것이다. 이를 위해 본 논문은 반복법의 일종인 인도행렬법을 이용한 절점역계의 분배방식을 사용하였다. 원통형 쉘의 분배와 전달인자는 한성지반상의 보에 대한 미분방정식으로부터 구해진 것이다. 이러한 방법을 축대칭 집중하중과 정수압을 받는 원통형 쉘에 각각 적용해 보았고, 그 결과는 BEF 이론해와 비교할 때 만족할 만 하였다.

비축대칭 하중을 받는 축대칭 쉘의 해석시 구조의 축대칭성을 고려하면 시간과 노력을 절약할 수 있다. 하중과 변위에 대하여 원주방향으로 Fourier 급수전개를 고려함으로서 비축대칭하중을 받는 축대칭 쉘의 해석은 뼈대요소처럼 취급할 수 있다. 본 논문에서는 Fourier 급수전개를 이용한 통상의 유한요소법에 의하여 비축대칭 하중을 받는 원형탱크의 강성행렬을 유도하고, 이 강성행렬을 행렬의 조작에 의해 전달행렬로 전환하여 전달행렬법을 적용하였다. 이 논문은 비축대칭하중을 받는 축대칭 쉘의 해석을 위한 연립방정식의 수를 최소화하는데 그 목적이 있다. 제안된 방법에 의한 풍하중과 물하중을 받는 원형탱크의 해석결과는 타 방법에 의한 해석결과와 잘 일치하고 있다.

압력절점은 요소의 균등한 압력증분을 1개의 자유도로 갖는 절점이며, 유한요소의 하중-변위 평형방정식에 체적과 압력의 관계를 추가하여 한계압력 이후에서도 체적변화에 따른 압력증분을 직접적으로 제저할 수 있는 절점이다. 본 연구에서는 철근콘크리트의 평면 구성 방정식과 적층정식화에 적용한 쉘 요소에 압력절점을 추가하고 해석시 체적을 제어함으로써 철근콘크리트 원통형 구조에 대해 파괴까지의 극한내압 능력을 해석할 수 있는 체적제어 비선형 해석기법을 개발하였다. 본 논문에서 제안한 해석기법을 이용하여 철근콘크리트 원통형 구조물에 대하여 비선형 해석을 수행하여 한계압력과 한계압력 이후의 구조물의 거동을 예측하였으며 실험결과와 비교 검증하였다.

본 연구에서는 노심지지배럴을 축솜형의 원통형 쉘로 이상화하여, 그의 모드 특성을 고찰하였다. 쉘의 모드 해석은 사용코드인 ANSYS를 이용하였으며, 일반적으로 사용하고 있는 요소인 SHELL61과 SHELL63을 이용하여 해석을 수행하였고 이들의 특성을 비교하였다. 또한 두께에 따른 모드 특성을 검토하여 쉘 요소의 사용 한계를 규정하였다. 한편 구멍이 있는 쉘과 없는 쉘의 모드 특성을 조사하여 구멍 및 그의 위치가 모드 특성에 미치는 영향을 파악하였다. 이들 모든 결과를 실험 및 이론에 의한 결과와 비교하였다.

수압을 받는 원통형 쉘의 몸체설계는 구조물에 외압이 작용할 때 발생하는 최대 응력과 변형 및 좌굴을 해석하여, 주어진 한계를 견딜 수 있는 쉘의 두께를 구해야 한다. 중앙 평형부 몸체의 두께를 설계변수로 선정하여 형상 최적화법으로서 원통형 쉘의 치수를 설계하는 방법을 제안하였다. 민감도 해석은 직접 미분법을 사용하여 유도하였으며, 비선형 계획법으로 최대 응력과 변형 및 좌굴 제한식 등을 만족하는 최적설계를 수행하였다.