현대의 방탄 장갑은 우수한 관통 저항성을 갖추어야할 뿐만 아니라 군인과 군용차량의 기동성이 확보되어야 하기 때문에 경량화가 중요한 개발 요소가 되었다. 이종 적층 평판 구조의 방탄 장갑의 방탄 성능은 동일 중량 대비 구성 재료의 배열에 따라 달라진다. 본 논 문에서는 케블라, 초고분자량 폴리에틸렌 그리고 에바 폼으로 구성된 방탄 장갑의 적층 배열에 따른 방탄 성능을 분석한다. 구성 재료 의 두께가 5mm와 6.5mm인 두 가지 경우에서 6가지 적층 배열에 대하여 7.62 × 51mm NATO 탄환의 M80 탄을 856m/s의 속도로 충돌 시키는 피탄 해석을 수행하였다. 방탄 성능을 평가하기 위해 이종 적층 평판을 관통한 발사체의 잔류 속도와 잔류 에너지를 측정하였 다. 시뮬레이션 결과를 통해 케블라, 초고분자량 폴리에틸렌, 에바 폼의 배열 순서를 갖는 적층 구조가 동일 중량에 대해 가장 우수한 방탄 성능을 가짐을 확인하였다.

In this paper, an efficient yet accurate method for the thermal stress analysis using a first order shear deformation theory(FSDT) is presented. The main objective herein is to systematically modify transverse shear strain energy through the mixed variational theorem(MVT). In the mixed formulation, independent transverse shear stresses are taken from the efficient higher-order zigzag plate theory, and the in-plane displacements are assumed to be those of the FSDT. Moreover, a smooth parabolic distribution through the thickness is assumed in the transverse normal displacement field in order to consider a transverse normal deformation. The resulting strain energy expression is referred to as an enhanced first order shear deformation theory, which is obtained via the mixed variational theorem with transverse normal deformation effect(EFSDTM_TN). The EFSDTM_TN has the same computational advantage as the FSDT_TN(FSDT with transverse normal deformation effect) does, which allows us to improve the through-the-thickness distributions of displacements and stresses via the recovery procedure. The thermal stresses obtained by the present theory are compared with those of the FSDT_TN and three-dimensional elasticity.

본 논문에서는 직교이방성 적층평판에서의 균열생성 및 전파로 이루어진 층간분리해석을 다룬다. 기존의 -유한요소가 가지고 있는 요소의 강건성을 균열진전해석에 적용하여, 균열진전시 모델링을 재구성하지 않고, 균열 선단부에 해당되는 꼭지점 모드의 위치만을 이동하도록 하여, 요소망을 단순화시켰다. 이와 같은 층간분리해석에 대해서 이 논문에서의 주요 목적은 다음 두 가지이다. 첫째, 적층복합 재료의 층간분리해석 시, 일반적인 유한요소 모델과 비교하여 매우 간단한 요소 망을 가지는 모델을 제안하는 것이다. 모델의 타당성을 평가하기 위해 적층 복합재료로 구성된 이중 외팔보 해석을 통하 여, 기존 참고문헌 값과의 비교를 수행하였다. 둘째, 제안된 모델을 내부균열을 갖는 적층평판의 층간분리해석에 적용하여 여러 가지 거동 양상에 대한 평가이다. 이와 같은 목적을 수행하기 위하여 로바토 형상함수를 이용한 완전층별요소가 고려 되었으며, 선형탄성파괴역학에 기초한 3차원 가상균열닫힘법을 이용하여 에너지 방출률을 산정하였다.

본 논문에서는 일차전단변형이론(FSDT)을 이용한 복합재료 적층평판의 고정밀 해석기법을 소개한다. 전단수정계수가 자동적으로 포함되도록 횡방향 전단 변형에너지를 혼합변분이론(mixed variational theorem)을 이용하여 개선하였다. 혼합변분이론에서는 변분을 횡방향 응력들에 대해서만 취하였다. 가정된 횡방향 전단응력은 효율적인 고차이론(Cho and Parmerter, 1993)으로부터 구하였다 횡방향 수직응력은 3차 다항식으로 가정하였고, 무전단 응력조건과 평판의 윗면과 아랫면에서의 응력을 만족하는 조건을 부과함으로써 얻었다. 한편, 변위들에 대해서는 일차전단변형이론의 변위장을 사용하였다. 이렇게 해서 얻어진 변형 에너지를 본 논문에서는 EFSDTM3D이라고 명명 하였다. 본 논문에서 개발된 EFSDTM3D는 변위와 응력의 계산에서 고전적인 FSDT와 같은 정도의 계산 효율을 가지면서, 동시에 변위와 응력의 두께방향의 정확도를 면내 방향 응력들에 대한 최소오차자승법에 기초하여 응력 회복 과정을 적용함으로써 개선하였다. 계산된 결과는 고전적인 FSDT, 3차원 탄성해, 그리고 참고문헌 중에서 이용 가능한 결과들과 비교하여 검증하였다.

직교이방성 적층평판해석을 위해 퇴화 쉘요소에 기초를 둔 p-version 유한요소법이 제안되었다. 이 모델의 비선형 정식화과정에서 기하비선형의 경우 von Karman의 대변형-소변형률 가정을 설명하기 위해 Total Lagrangian 방법이 채택되었으며, 재료비선형의 경우 Huber-Mises의 항복기준과 변형률경화 항복함수에 근거를 둔 Prandtl-Reuss 유동법칙이 사용되었다. 재료모델은 이방성을 표현하는 매개변수에 의해 이방겅재료를 고려할 수 있도록 하였다. 적층평판이론으로는 전단변형 효과를 고려할 수 있는 등가단출이론(ESL Theory)에 기초를 두었기 때문에 두 적층간 계면에서의 전단변형률은 연속이라는 조건을 갖게된다 적분형 르장드르 다항식이 형상함수로 사용되었으며 형상함수의 차수는 1차에서 10차까지 변화시킬 수 있다. 또한, Causs-Lobatto 수치적될법을 사용하기 때문에 기존의 가우스 적분점에서 계산되던 응력값은 이 적분법의 적분점이 절점에 위치하므로 절점에서 바로 응력값이 산출되도록 하였다 극한하중 수렴성, 비선형 효과, 소성역의 형상 등의 비교관점을 통해 p-version 유한요소 모델의 적정성을 보이고자 하였다.

Composite materials also known as fiber reinforced plastics have been developed and used in many engineering applications due to their outstanding mechanical properties. Laminated plates as structural components that are made of in composite material are widely used. Therefore, nonlinear response of laminated composite plates modeled with finite elements and excited by stochastic loading is studied. The classical laminated plate theory is used to account for the variation of strains through the thickness for modeling laminated thin plates. Approximate nonlinear random vibration analysis is performed using the method of equivalent linearization to account for material non-linearity.

실제로 구조시스템들의 최적설계는 설계변수가 연속값이 아닌 이산값을 요하는 경우가 대부분이다. 본 논문은 이산형 설계변수를 갖는 비대칭 복합 적층평판에 대해 선형 근사화방법을 이용한 이산최적설계를 수행하였으며, 이 방법이 매우 효율적임을 보였다. 대상 문제는 축력, 전단력, 그리고 휨과 비틀림 모멘트의 평면 내하중들(in-plane loads)의 다중하중조건을 받는 것으로 고려하였으며, 복합 적층평판을 구성하는 플라이들에 대한 최대변형률 규준을 설계 제약조건으로 부과하였다. 이산 최적화를 위한 초기 접근방법으로 단 한번의 연속변수 최적화 과정이 FDM(Feasible Direction Method)을 이용하여 수행되었으며, 차후 이산 및 연속변수를 포함하는 비선형 이산최적화문제를 SLDP(Sequential Linear Discrete Programming)방법에 의해 선형 근사화된 혼합정수계획문제로 형성하여 풀었다. 수치예에서 6개의 플라이로 구성된 비대칭 복합 적층평판을 대상으로 회전식 적층배열([(90-.theta.)/-(60+.theta.)/-.theta./-(45+.theta.)/(45-.theta.)]s)에 따른 이산최적해를 구하였다. 효율성 입증을 위해 똑같은 문제를 비선형 분기한계법을 이용하여 풀었으며, 그 결과를 비교 분석하였다.

圓商管에 휩모멘트가 작용하면 변형후 단연은 橋圓형 상을 갖 게 된다. 단면의 타원화에 의해 단면이 감소하 게 되면 휩강성이 감소하게 되며， 따라서， 챔모멘트-꼭률관계가 倚重뻐減젠으로 된다. 이 휩강성의 감소 현상 을 Brazier 이 론 또는 Brazier 현상이라고 한다. 적층평판에 있어서도 각충의 재료상수가 뚜렷하게 다른 경우 원통관에서의 Brazier 현상과 유사한 현상이 발생한다. 본 논문에서는 평판에서익 Brazier 현상을 규명하기 위하여 3층 적충모델을 만틀어 zt 층의 재료정 수가 현저히 다른 경 우 어떠한 현상이 일어나는 가롤 실험적으로 규명하였고， 이론해석을 위하여 스프링모덴 을 사용하였다. 본 논문의 모델에서 알 수 있듯이 중간충의 재료상수가 상하충 요소의 재료상수 보다 뚜넷하 게 작은 경우 중간층의 지똥이 현저히 크게됨을 알 수 있었다. 즉， 본 논문에서 채택한 모델의 정우에 있어서 도 원통판에서 일어나는 Brazier 현상이 일어나고 있음이 실험적 그리고 해석적으로 규명되었다.