본 논문에서는 전산점근해석기법을 사용하여 복합재료 보에 대한 경계층 해를 계산하고, ANSYS 결과와 비교 검증하였다. 경계층 해는 내부해와 순수 경계층 효과의 합으로 표현되기 때문에, 내부 및 경계층에 대한 수학적으로 엄밀한 정식화를 요구한다. 전산점근 해석기법은 수학적으로 매우 강력한 기법으로, 이러한 문제에 유용하다. 그러나 경계층과 내부 해들의 연결을 시키기 쉽지 않은데, 본 연구에서는 가상일의 원리를 통해 생브낭의 원리와 내부 및 경계층 문제를 체계적으로 분리하였다. 경계층 해는 팝코비치-패들 고유 벡터를 계산하여, 실수부와 허수부 벡터들의 선형 조합으로 표현하고, 내부 해의 워핑 함수들을 보상할 수 있도록 최소오차 자승법을 적용하였다. 계산된 해들은 2차원 유한요소 해석 결과와 비교하여 정성적일 뿐만 아니라 정량적으로도 잘 일치하는 결과를 얻었다.

In this study, we focus on the feasibility of structural topology optimization for a steel-timber composite beam design of optimally allocating glue-laminated timbers into a web with openings under the condition of given steel flanges. The motivation of this study is to topologically take maximal stiffness harmonizing both tension and compression performance of the steel-timber composite beam and become the eco-frandly timber design for buidling members. As a result of this study, the key web-openings allocation becomes triangle spaces, i.e., empty or no materials, of optimal topologies of both a pure timber plate and a steel flange-web timber plate without web-openings. Several applicable examples verify the effectiveness of topology optimization for steel-timber beams with web-openings.

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 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.

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.

본 연구에서는 적층된 중앙개구부를 갖는 CNTFPC 복합재 판에 대하여 기하학적 비선형 동적 해석을 수행하였다. Hewitt and Malherbe 멀티스케일 모델을 기반으로 MWCNT의 함유 비율과 중앙개구부의 크기 변화에 따른 영향을 분석하였다. 1차전단변형 판이론에 근거하여, Newmark 방법과 Newton-Raphson 반복기법이 비선형 동적해석을 위하여 적용되었다. 본 연구에서 제안한 방법은 기존 문헌으로부터 도출 결과와 비교 검증하였다. 수치해석 예제는 MWCNT의 적절한 함유량 및 적층된 CNTFPC 구조의 구조성능의 향상시킬 수 있는 상호 관계를 상세 규명하였다.

Nacre of abalone shell features a “brick-and-mortar” microstructure, in which micro-plates of calcium carbonate are bonded by nanometers-thick layers of chitin and proteins. Due to the microstructure and its unique toughening mechanisms, nacre possesses an excellent combination of specific strength, stiffness and toughness. This study deals with the possibility of using nacre fragments obtained from abalone shell for making a bulletproof armor system. A composite plate laminated with abalone shell fragments is made and compression and bend tests are carried out. In addition, a bulletproof test is performed with hybrid armor systems which are composed of an alumina plate, a composite plate, and aramid woven fabric to verify the ballistic performance of nacre. The compressive strength of the composite plate is around 258.3MPa. The bend strength and modulus of the composite plate decrease according to the plate thickness and are about 149.2MPa and 50.3 GPa, respectively, for a 4.85 mm thick plate. The hybrid armor system with a planar density of 45.2 kg/m2, which is composed of an 8 mm thick alumina plate, a 2.4 mm thick composite plate, and 18 layers of aramid woven fabric, satisfy the NIJ Standard 0101.06 : 2008 Armor Type IV. These results show that a composite plate laminated with abalone shell fragments can be used for a bulletproof armor system as an interlayer between ceramic and fabric to decrease the armor system’s weight.

본 연구에서는 탄소나노튜브/화이버/폴리머 복합소재 구조에 대한 재료 물성 및 강성 추정을 다룬다. 수정된 Halpin-Tsai 모델을 적용한 멀티 스케일 해석은 탄소나노튜브의 함유량 비율, CNT 두께-길이 비율, 화이버 부피 함유량, 그리고 화이버 보강각도 변화에 따라서 수행되었다. 본 연구에서 제시한 멀티-스케일 접근방법은 기존 모델을 적용하여 얻은 결과와 비교하여 검증하였다. 매개변수 해석을 통하여 CNT의 적절한 함유량은 적층된 CNTFPC 구조의 구조성능의 향상시킬 수 있는 중요한 특성을 규명하였다.

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.

최근 친환경에 대한 관심의 증가로 목조주택에 대한 수요가 증가하고 있다. 하지만, 목구조의 물성치에 대한 연구와 설계에 대한 지침 및 시공상세는 매우 부족하고 이에 대한 연구도 미흡하여 실무자들이 구조설계 및 시공을 하는데 많은 어려움을 겪고 있다. 특히, 내진성능이 중요시 되고 있는 현시점에서 내진성능을 확보할 수 있는 접합부의 개발이 요구된다. 따라서, 이 연구에서는 다른등급구성집성재에 대한 휨실험과 압축실험을 수행하여 재료의 물성치에 대한 소재시험을 진행하였다. 제안된 접합부의 구조성능을 검증하기 위하여 접합부에 반복하중을 가력하는 실험을 수행하였다. 또한, 진행한 재료시험의 결과를 사용하여 접합부에 대하여 유한요소해석을 진행하였다. 실험 및 해석결과 개발된 접합부는 충분한 구조성능을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

We carried out a dynamic instability assessment of carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) and carbon nanotubes/fiber/polymer composite (CNTFPC) skew plates based on the high-order shear deformation plate theory (HSDT). The multiscale interactions between carbon nanotube (CNT) ratios and skew angles on the dynamic instability for various length-thickness ratios are studied using a two-dimensional finite element model developed for this study. The results were verified by those reported in the literature show the interactions between the CNT reinforcement and skew angles in the skew laminate. Numerical examples show the importance of CNT reinforcement when assessing the dynamic instability of CNTRC and CNTFPC skew plates.

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 domestic and foreign specifications presented the effective width based on flange length to width ratio only. The existing paper on the effective width grasped of the effect of span, load type and cross-section properties, but localized steel bridges. Recently, The studies are going on in progress for the application of fiber reinforced composite material in construction field. Therefore, it is required to optimum design that have a good grasp the deformation characteristic of the displacements and stresses distribution and predict variation of the effective width for serviceability loading. This research addresses the effective width of all composite material box girder bridges using the finite element method. The characteristics of the effective width of composite structures may vary according to several causes, e.g., change of fibers, aspect, etc. Parametric studies were conducted to determine the effective width on the stress elastic analysis of all composite materials box bridges, with interesting observations. The various results through numerical analysis will present an important document for construct all composite material bridges.

Compared with conventional construction materials such as steel and concrete, the advanced composite materials are corrosion-free, light-weight, and when used as construction materials, the construction period can be made less than one-tenth needed for conventional materials. However, because of the difficult theories and formulas, the ordinary construction engineers have difficulties in understanding and calculating formulas needed in construction. In this paper, calculation of the stiffnesses of the advanced composite laminated plates and compared with the result of stiffnesses.

In this study, we performed non-elastic dynamic analyses using LS-DYNA for plate structures made of laminated composite materials. It was used mat_59_composite_failure_shell_model providing from LS-DYNA as material model of composite material The material which is applied in the analysis as CFRP and GFRP, were compared by performing the dynamic analysis in accordance with various layup sequences. Numerical results show structural resistance against impact loading for different materials. In addition, The significance of the layup sequence in analyzing composite structures under impact loading is enunciated in this paper