Theories for composite structures are too difficult for design engineers for construction. The purpose of this paper is to demonstrate to the practicing engineers, how to apply the advanced composite materials theory to the structures. In this study, the natural frequency of a laminated cantilever beam was studied. An ultrasonic testing platform was employed to resonate the beam, and its time domain signal was optically measured. The natural frequency was quantified through the fast Fourier transform of the waveform, and the result showed good agreement with a theoretical estimation from the Euler-Bernoulli beam theory. This study is expected to provide a dynamic evaluation technique for laminated cantilever beam structures.

본 논문에서는 Euler-Bernoulli Beam(EB-beam) 및 신속 Fourier 변환을 이용하여 수치분석적 빔 모델 및 Co-rotational plane beam EDISON program(CR-beam)을 이용한 빔 모델의 가진주파수 변화에 따른 외팔보의 자유단 진동 연구를 수행하였다. 위의 두 빔 모델에서의 끝단에서는 진동이 시간이 지남에 따라 감소하다가 정상상태에 이르는 것을 확인하였다. 끝단에서 가진주파수가 증가함에 따라 구조적 감쇠에 의해 변위이 감소하는 경향을 보인다. 감쇠를 고려한 EB-beam과 CR-beam가 정상상태로 진입하는 경향이 비슷하나, 가진주파수는 정상상태가 나타나는 시간과 독립적임을 제시한다.

항공기는 목적에 따라서 민간 항공기, 무인항공기, 전투기, 헬리콥터 등 다양한 항공기가 존재한다. 이 각각의 항공기는 특정한 목적에 맞게 형상 및 설계가 된다. 특히 항공기 개발과정에서 중요한 해석과정 중 하나가 구조해석이다. 하지만 항공기 구조가 복잡해지고 3차원 모델로 구조해석을 하게 되면 시간과 비용이 크게 증가하게 된다. 따라서 해석 효율성을 위해서 1차원 등가 보나 2차원 평면 응력 조건을 이용하여 실제 구조를 보다 간단하게 모델링한다. 하지만 이런 모델링은 실제 구조와 차이가 있으므로 실제 구조를 잘 반영할 수 있는 적절한 모델링이 필요하다. 따라서 구조형태에 따라서 1차원 등가 보와 2차원 평면응력 조건을 적절하게 선택하여야 한다. 본 논문에서는 EDISON에 업로드 된 구조해석 프로그램을 이용하여 1차원 구조해석과 2차원 구조해석을 검증하고 구조형태에 따라서 1차원 해석과 2차원 해석을 각각 3차원 MSC NASTRAN 구조해석과 비교하여 적절한 해석방법을 찾고자 한다. 비교결과 길이 대 높이 비가 증가할수록 1차원 해석과 3차원 해석의 오차가 급격히 줄어들었으며 이 비율이 18보다 증가하였을 때는 1차원 해석이 2차원 해석보다 3차원 해석의 결과와 일치하였다.

Recently, the light weight and the safety of automobile are the important targets of automotive design and the parts for car have been substituted the plastic or the porous material for the steel material. As the aluminium foam has many pores at its surface, it has the fatigue property of bonded face which differs from general material. In this study, two dimensional model is designed and performed with the fatigue analysis as the variable(θ value) becomes the slant angle of bonded face at the specimen with the aluminium foam. As the analysis result on the models with the slant angles of 6°, 8° and 10°, the bonding forces are disappeared when the fatigue loads are repeated during 4000 cycle, 4500cycle and 5000cycle respectively. By comparing with the analysis results of three models, the fatigue cycle to endure fatigue load becomes larger as the slant bonded angle becomes higher. So, the structural safety can be seen by applying only as only a simulation of finite element method instead of the experiment where much cost and time is spent. In this study, the configuration of aluminum foam is designed with the shape of TDCB Mode II. The shear fatigue strength of the bonded structure can be evaluated by the analysis program of ANSYS.

본 연구에서는 테이퍼 보에 대한 미분방정식의 일반해에 캔틸레버 보의 경계조건을 적용하여 모드특성을 추정한다. 또한, 휨을 받는 테이퍼 원형강관 캔틸레버 보에 발생하는 관통균열을 모델링하기 위하여 에너지 방법을 이용하여 균열보에 대한보 길이방향 휨강성을 구한 후 이를 이용하여 테이퍼 원형강관 캔틸레버 균열보에 대한 고유주파수와 모드형상을 추정한다. 보 길이에 따른 균열보의 휨강성 변화는 기존 연구에서 밝혀진 현상과 유사하게 합리적인 양상을 보였으며, 유도한 휨강성을 적용하여 산정한 균열보의 고유주파수는 균열 크기가 증가할수록 감소함을 확인하였고, 모드형상은 균열발생에 의해 변화함을 알 수 있었다. 연구결과는 향후 테이퍼 원형강관 캔틸레버 보 형태의 타워 구조물에 대한 진동기반 균열탐지에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

In this study, the specimen of tapered double cantilever beam(TDCB) with aluminum foam is designed and shearing fatigue strength is based on the investigation of static behaviour analysis under the condition of mode Ⅱ. These specimen models have length and width of 200 mm and 25 mm. The inclined angles of adhesive face at the specimens are 6°, 8 °and 10°. As the inclined angle becomes higher, the time for which the model can not be broken during fatigue load becomes longer. The shearing strength of TDCB bonded structure with aluminum foam applied by shearing fatigue load can be evaluated through finite element method.

The modulus of beam is assumed to have spatial uncertainty. The formulation to determine the response variability of the cantilever beam due to randomness of modulus of beam is given. The randomness in elastic modulus is considered to be one-dimensional, homogeneous stochastic field. The stochastic field is represented by using spectral representation to reproduce random fields. The statistics of beam responses are investigated using Monte Carlo simulations for different kinds of fluctuations of the modulus. The influence of the uncertainty in the modulus on the beam displacement is addressed.

Tapered double cantilever beam (TDCB) specimens are the most commonly used test configurations to measure the fracture toughness of composites and adhesive joints. The material used in this study is aluminum alloy. For the impact analysis, load and displacement applied from pin onto end block as well as the crack energy release rate are calculated and compared with the finite element analysis results. The energy release rate increases with the velocity increases. As TDCB model with the same condition as experiment is simulated and analyzed, the fracture behavior can be estimated with the analysis result similar to experiment. The simulation results can be agreed with experimental graph and all experimental data at this study can be verified. These experimental results can be applied into real field effectively. It is found that the energy release rates measured from impact tests on the specimens can be predicted by the finite element model suggested in this study.

알루미늄 폼을 볼트나 너트를 이용하여 체결한다면 경량성이 감소되므로 접착제로 접합하는 것이 가 장 효율적이다. 이런 알루미늄 폼 접착 구조물에 대한 충격 피로 특성과 접착 합면에 대한 파괴인성 연 구는 매우 부족하며 또한 중요하다. 이에 따라 본 연구에서는 알루미늄 폼으로 만들어진 DCB모델을 접 착제로 접합한 후 두께를 변수로 하여 25mm 부터 45mm까지 10mm차이를 두어 실험과 컴퓨터 시뮬레 이션을 통하여 수행하였다. 실험은 MTS사의 인장 시험기를 사용하여 강제 변위 100mm를 주어 변위에 따른 전단력을 알아보았고, 실험과 똑같은 조건하에 ANSYS를 이용하여 유한요소해석을 수행하였다. 실험과 유한요소해석 값을 비교하여 접착제로 접합된 알루미늄 폼 구조물의 접착 합면에 대한 파괴인성을 고찰하였다.

이중외팔보 모델은 일반적으로 복합재료의 구조테스트와 접착 접합의 테스트에 많이 쓰인다. 본 연구 에서 쓰인 재료는 알루미늄 합금2014이다. 또한 접착 구조물의 접착 면에서 발생한 에너지 해방율 및 유한요소해석을 통하여 알루미늄의 충격에 대한 기계적 특성을 알고자 하는 것이 목적에 있다. 상단부와 하단부의 접착 부위는 하중 점으로부터 100mm 떨어지도록 예비크랙을 두어 접착을 하도록 설계하였다. 하중은 핀에 Y축 방향으로 작용하였다. 충격속도는 7. 5m/s와 12.5m/s로 가하였다. 충격속도가 12.5m/s 일 때의 에너지 해방율은 약 7500J/m2으로 나왔다. 충격 속도가 빠를수록 하중 핀에 가해지는 하중이 증가된다는 것을 알 수 있었으며, 에너지 해방율도 높게 나타나는 것을 알 수 있었다.

Aluminum foam as porous material in wide use has the excellent mechanical and thermal properties. As adhesive process technique is used by bonding such composites as aluminum foam, fracture toughness at adhesive joint is the main point to investigate. In this study, DCB specimens are manufactured to evaluate the strengths at adhesive joints on the basis of British industrial and ISO international standards. Four kinds of specimens are made by changing the height of the specimen and these experimental results are compared with each other. Energy release rates are also calculated at mode I. As the hight of specimen becomes higher, reaction force and energy release rates become higher. Through the correlation obtained by this study result, aluminum foam material bonded with adhesive can be applied to the real composite structure and mechanical property and fracture toughness are analyzed systematically.

Aluminum foam with the property as the excellent impact absorption has been widely used recently. It is necessary to study fracture energy due to fracture toughness by the use of adhesive joint at aluminum foam. This study aims at strength evaluation about adhesive joint on aluminum foam and the fracture of bonded DCB model with this material property is analyzed by simulation. These models are designed by differing in height on the basis of British industrial and ISO standards. As the value of height at model is higher, bonded part is separated to the end. By comparing some analysis results with experimental data, these data could agree with each other. By the verification with experimental results, these all simulation results in this study can be applied on real composite structure with aluminum foam material effectively. The fracture behavior and mechanical property can also be examined by this study.

보의 고유진동수는 진동해석 뿐만 아니라 구조물의 동적특성을 파악하는데 중요한 역할을 한다 보의 단면이 불연속적으로 변하는 계단형 보의 고유진동수 해석은 복잡하다. 이런 계단형 보의 진동해석은 Rayleigh-Ritz법, FEM 등과 같은 근사해석법이 흔히 사용되는데 이들 해석의 정확성은 분할요소의 수, 계산의 반복수, 가정처짐곡선의 형상에 따라 좌우된다. 본 연구에서는 계단형 외팔보의 등가보 변환 방법을 이용한 기본고유진동수의 근사해석방법을 제시하고자 하였으며 여러 예제에 대하여 제안방법과 유한요소해석 결과를 비교하여 그 적용성과 신뢰성을 검증하였다.

본 논문에서는 열응력을 이용해 구조물의 진동을 제어하기 위한 방법을 제시하였다. 구조물에 열응력을 발생시키리 위하여 써멀액츄에이터를 사용하였으며 저주파 진동을 제어하는데 이 써멀액츄에이터가 효과적으로 이용될 수 있음을 확인하였다. 열응력에 의한 제어방법은 열전달에 소요되는 시간지연 문제 때문에 고주파수의 진동을 갖는 구조물보다는 거대한 우주구주물과 같이 비교적 고유진동수를 갖는 구조물에 효과적으로 적용될 수 있다. 외팔보의 진동제어를 수행하기 위하여 보상기 설계에 의한 제어이론과 관측기 설계를 포함하는 최적제어 및 강인제어이론을 사용하였다. 또한 수치해석 시뮬레이션을 통하여 본 연구에서 사용한 제어이론들이 열응력을 이용한 구조물의 진동제어에 매우 효과적임을 보였다.