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.

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.

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.

이 연구는 회전관성과 전단변형을 동시에 고려한 변단면 Timoshenko 보의 자유진동에 관한 연구이다. 변단면 보의 단 면은 폭이 포물선 함수로 변화하는 변화폭 직사각형 단면으로 채택하였다. 이러한 보의 자유진동을 지배하는 수직변위에 대한 4계 상미분방정식을 유도하였다. 이 상미분방정식을 수치해석하여 고유진동수와 진동형을 산출하였다. 수치해석 예에 서는 회전-회전, 회전-고정, 고정-고정 지점을 고려하였다. 진동형은 변위의 진동형뿐만 아니라 합응력의 진동형도 산출하 여 그림에 나타내었다. 휨 회전각과 전단변형에 의한 수직변위 및 전단면 회전각의 구성비율을 산정하였다.

이 연구는 조합하중을 받는 변단면 변화곡선 보의 기하 비선형 수치해석 방법에 관한 연구이다. 보의 좌단은 회전지점이 고 우단은 마찰이 없는 활동(滑動)지점으로 지지되어 있어 하중이 작용하면 보의 축방향 길이가 증가하여 평형상태를 이룬 다. 조합하중은 회전지점에 작용하는 모멘트 하중과 집중하중을 고려하였다. 보의 단면은 휨 강성이 부재축을 따라 함수적 으로 변화하는 변단면으로 선택하였다. 이러한 보의 비선형 거동을 지배하는 연립 미분방정식을 Bernoulli-Euler 보 이론으 로 유도하였다. 이 미분방정식을 반복법으로 수치해석하여 보의 정확탄성곡선을 산정하였다. 이 연구의 이론을 검증하기 위하여 실험실 규모의 실험을 실행하였다.

일정체적의 원형단면을 갖는 변단면 보-기둥의 자유진동 및 좌굴하중을 지배하는 미분방정식을 유도하고 이를 수치해석하였다. 미분방정식에는 축하중효과를 고려하였다. 원형단면의 반경변화는 포물선식을 채택하였고, 고정-고정, 고정-회전 및 회전-회전 보-기둥의 고유진동수 및 좌굴하중을 산출하였다. 수치해석의 결과로 무차원 고유진동수와 무차원 변수들 사이의 관계 및 무차원 좌굴하중과 단면비 사이의 관계를 그림에 나타내었고, 최강기둥의 단면비와 좌굴하중을 구하였다.

선형 변단면 부재의 삼차원 공간에서의 해석을 위하여 강도행렬을 유도하였다. 변단면 부재의 구조물을 해석하기 위하여 본 연구에서 유도된 강도행렬을 사용하여 구한 결과와 분할부재를 균일단면 탑 형태로 표현하여 ANSYS에서 구한 결과를 비교하여 본 연구의 결과 효율성 및 정확성이 증진된 것을 확인하였다. 본 연구에서 유도된 강도행렬은 변단면 부재와 균일단면 부재의 해석에 사용할 수 있다.