Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences (한국항공우주학회지)

The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences (한국항공우주학회)
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Postbuckling of Composite Cylinders under External Hydrostatic Pressure

외부 수압을 받는 복합재 원통의 후좌굴 연구

  • 손희진 (경상대학교 대학원 항공공학과) ;
  • 최진호 (경상대학교 항공기부품기술연구소) ;
  • 조종래 (한국해양대학교 기계정보공학부) ;
  • 조상래 (울산대학교 조선해양공학부) ;
  • 권진희 (경상대학교 항공기부품기술연구소)
  • Published : 2007.03.31
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Abstract

The postbuckling behavior and failure of composite cylinders subjected to external hydrostatic pressure are investigated by a finite element method and test. A nonlinear finite element program, ACOS, is used for the postbuckling progressive failure analysis of composite cylinders. A total of 5 carbon/epoxy composite cylinders were fabricated and tested to verify the finite element results. For comparison, analyses by MSC/NASTRAN and MSC/MARC are additionally conducted. Among the softwares, the finite element program, ACOS, predicts the buckling loads the best with about 11 to 26% deviation from experimental results except for one specimen. While the finite element analysis shows global buckling modes with 4 waves in hoop direction, in the experiments the local buckling appears first and results in the final failure without global buckling.

외부 수압을 받는 복합재 원통의 좌굴 후 거동과 파손을 유한요소법과 시험으로 연구하였다. 좌굴 후 점진적 파손해석을 위해서는 비선형 유한요소해석 프로그램인 ACOS를 사용하였다. 유한요소해석의 타당성 검증을 위해 5개의 복합재 원통 모델을 제작하여 수압 시험을 수행하였다. 또한 상용 유한요소해석 프로그램인 MSC/NASTRAN과 MSC/MARC를 이용한 해석을 병행하여 ACOS에 의한 결과와 비교하였다. 세 개의 프로그램 중 ACOS가 실험과 가장 가까운 좌굴압력을 예측하였고, 한 경우를 제외하면, 실험값과는 약 12～26% 정도의 차이를 보였다. 해석에서는 원주방향으로 네 개의 웨이브를 가지는 전체 좌굴이 나타나지만, 실제 시험에서는 원통의 기하학적 초기결함으로 인해 국부좌굴이 발생하여 최종파손으로 연결되었다.

Keywords

References

  1. C. T. F. Ross, 'A Conceptual Design of an Underwater Vehicle', Ocean Engineering, Vol. 33, 2006, pp. 2087-2104 https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2005.11.005
  2. C. S. Smith, 'Design of Submersible Pressure Hulls in Composite Materials', Marine Structures Vol. 4, 1991, pp. 141-182 https://doi.org/10.1016/0951-8339(91)90018-7
  3. 정태환, 이종무, 홍석원, 김진봉, 안진우, '복합재 반자율 무인잠수정(SAUV)의 내압선체 설계, 구조해석 및 내압시험 결과에 관한 검토', 한국해양공학회지, 제18권, 2004, pp. 52-58
  4. S. W. Gong, K. Y. Lam, 'Transient Response of Stiffened Composite Submersible Hull Subjected Underwater Explosive Shock,' Composite Structures, Vol. 41, 1998, pp. 27-37 https://doi.org/10.1016/S0263-8223(98)00016-6
  5. A. V. Bray, A. Rick, C. S. Nichols, 'Development of a Filament Wound Composite Radiating Shell for an Underwater Acoustic Transducer,' Naval Command, Control and Ocean Surveillance Center RDT&E Division San Diego, CA 92152-5000
  6. C.-C. Liang, H.-W. Chen, C.-V. Jen, 'Optimum Design of Filament-wound Multilayer-sandwich Submersible Pressure Hulls,' Ocean Engineering, Vol. 30, 2003, pp. 1941-1967 https://doi.org/10.1016/S0029-8018(03)00044-1
  7. D. Graham, 'Buckling of Thick-section Composite Pressure Hulls,' Composite Structures, Vol. 35, 1996, pp. 5-20 https://doi.org/10.1016/0263-8223(96)00020-7
  8. T. Nishiwaki, A. Yokoyama, Z. Maekawa, H. Hamada, S. Mori, 'A Quasi-three -dimensional Lateral Compressive Analysis Method for a Composite Cylinder', Composite Structures, Vol. 32, 1995, pp. 293-298 https://doi.org/10.1016/0263-8223(95)00029-1
  9. D. Graham, 'Composite Pressure Hulls for Deep Ocean Submersibles,' Composite Structures, Vol. 32, 1995, pp. 331-343 https://doi.org/10.1016/0263-8223(95)00028-3
  10. S. C. Chou, O. Orringer, J. H. Rainey, 'Post-failure Behavior of Laminates. I-No Stress Concentration', Journal of Composite Materials, 1976, Vol. 10, pp. 371-381 https://doi.org/10.1177/002199837601000409
  11. R. M. Jones, 'Mechanics of Composite Materials' Tayer & Franics, New York, 1999
  12. MSC/MARC User's Guide
  13. MSC/NASTRAN User's Guide