곡선섬유를 이용한 복합재료 평판의 구조적 성능 향상

Structural Performance Improvement of Composite Plates By Using Curvilinear Fiber Format

항공우주산업에서 무게를 증가시키지 않고 비행구조물의 구조적 성능을 증가시키는 것은 굉장한 잇점을 갖는다. 본 연구에서는 복합재료 평판의 무게를 증가시키지 않고 좌굴하중과 인장 파단하중을 동시에 증가시키는 혁신적인 설계 방법에 대해서 연구하였다. 원공이 있는 복합재료 적층판에서 곡선 섬유층과 직선 섬유층을 조합하여 적층판을 구성할 때 좌굴하중과 인장파단 하중이 동시에 증가되는 현상에 대하여 유한요소 해석을 사용하여 알아보았다. 원공의 크기와 적층 순서를 달리하면서 곡선섬유를 이용한 효과가 얼마나 되는지 알아보았다. 또한, 각각의 경우에 대해서 파단이 어떻게 일어나는가도 관찰하였다. 곡선섬유 평판을 제작하기 위해서는 연속적이고 부드럽게 변하는 fiber path가 필요하다. 여기서는 유한요소로 구한 섬유 방향을 사용하여 제작이 가능한 부드럽게 이어지는 fiber path를 구하는 간단한 방안을 제시하였다.

In aerospace industry, the improvement of structural performance of fight structure without increasing weight has great advantage. In this study. an innovative design method to increase the buckling load and tension failure load at the same time without increasing the weight of composite plates was investigated. By using the curvilinear fiber format a method to increase the buckling load and tension failure load simultaneously was investigated for composite plates with central hole with finite element method. It was investigated how much gain can be obtained with curvilinear fiber format for the plates with different hole size and different stacking sequence. And, for the cases studied, the failure mechanism was also investigated. For the manufacturing of the curvilinear fiber format, smoothly and continuously changing fiber path is necessary. In this study, a simple method to find the smoothly changing fiber path by using the fiber angles obtained with finite element method was presented.