비원형 폐합쉘의 좌굴특성

Buckling Characteristic of Non-Circular Closed Composite Shells

  • 투고 : 2010.05.06
  • 심사 : 2010.06.10
  • 발행 : 2010.06.30

초록

본 연구는 원형 및 비원형(타원형)단면을 갖는 복합폐합쉘의 좌굴하중 및 모드형상을 비교 분석하였다. 이때, 면내 회전자유도를 갖는 평면응력 요소와 추가변형률과 대체전단변형률을 도입한 휨 요소를 결합한 4절점 쉘 요소(4EAS-FS)를 작성하여 좌굴해석을 수행하였다. 해석모델의 매개변수는 기하학적 형상, 종횡비 및 화이버 보강각도로 설정하여 그에 따른 영향을 고찰하였다. 본 연구에서 제시한 원형 및 비원형 단면을 갖는 폐합쉘의 임계좌굴하중과 모드형상에 대한 폐합쉘 길이, 두께, 단면계수 및 화이버 보강각도 등 설계변수의 영향을 비교 분석하였다.

In this study, the buckling loads and mode shapes characteristic of circular and non-circular(elliptical) closed composite shells were analyzed. To analyses the buckling behaviors, we develop and report an improved generalized shell element called 4EAS-FS through a combination of enhanced assumed strain and the substitute shear strain fields. A flat shell element has been developed by combining membrane element with drilling degree-of-freedom and a plate bending element. The combined influences of length, thicknesses, cross-sectional parameters, and fiber-angle on the critical buckling loads and mode shapes of circular and non-circular(elliptical) closed shells are examined.

키워드

참고문헌

  1. 김기두, 박대효 (2000) 유한요소법을 이용한 압축력을 받는 CFRP 원형 패널의 설계변수에 관한 연구, 대한토목학회 논문집, 제20권 6-A호, pp.901-911.
  2. 김승억, 최동호, 이동원, 김창성 (2001) 축하중을 받는 원통형 쉘의 좌굴강도, 한국강구조학회 논문집, 제13권 2호, pp.191-200.
  3. 박근우, 임성순, 장석윤 (2000) 비등방성 원통형 쉘의 안정성에 관한 연구, 한국강구조학회 논문집, 제 12권 2호, pp.187-196.
  4. 박대용, 천경식, 장석윤 (2003) 복합적층판 해석을 위한 대체전단변형 및 비적합 등매개변수 4절점 평판요소, 대한토목학회 논문집, 제23권 6-A호, pp. 1183-1192.
  5. 박원태, 천경식, 손병직 (2004) 채널단면의 기하학적 형상변화에 따른 캔틸레버 적층구조물의 안정성 연구, 구조물진단학회 논문집, 제8권 2호, pp.169-175.
  6. 윤석호 (1999) 비등방성 복합적층판 및 쉘 구조의 휨, 자유진동 및 좌굴해석, 한국강구조학회 논문집, 제11권 1호, pp.55-67.
  7. 윤순종, 채수하 (1998) 직교이방성 판요소들로 구성된 직사각형 압축재의 국부좌굴 강도, 대한토목학회 논문집, 제18권 I-2권, pp.161-172.
  8. 장석윤 (2004) 횡리브로 보강된 복합적층 원통형 쉘의 좌굴거동에 관한 연구, 한국강구조학회 논문집, 제16권 4호, pp.493-503.
  9. 천경식, 손병직, 장석윤 (2002) 대변형 효과를 고려한 비등방성 원통형 쉘의 거동에 관한 연구, 한국강구조학회 논문집, 제14권 4호, pp. 489-498.
  10. 천경식, 손병직, 지효선 (2006) 다층 대칭배열된 비원형 적층관의 좌굴하중 및 모드해석, 대한토목학회, 제26권 3A호, pp.457-464.
  11. Andelfingr U. and Ramm E. (1993) EAS-elements for 2D-, 3D-, plate and shell structures and their equivalence to HR-elements, International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol.36, pp.1311-1337. https://doi.org/10.1002/nme.1620360805
  12. Allman D.J. (1988) A quadrilateral finite element including vertex rotations for plane elasticity analysis, International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol.26, pp.717-730. https://doi.org/10.1002/nme.1620260314
  13. Bathe K.J and Dvorkin E.N. (1986) A formulation of general shell elements-the use of mixed formulation of tensorial components, International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol.22, pp.697-722. https://doi.org/10.1002/nme.1620220312
  14. Chryssanthopulos M.K., Baker M.J. and Dowling P.J. (1991) Imperfection modeling for buckling analysis of stiffened cylinders, Journal of Structural Engineering, Vol.117(7), pp.1998-2017. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1991)117:7(1998)
  15. Donea J. and Lamain L.G. (1987) A modified representation of transverse shear in C0 quadrilateral plate elements, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol.63, pp.183-207. https://doi.org/10.1016/0045-7825(87)90171-X
  16. Ganapathi M., Patel B.P. and Patel H.G. (2004) Free flexural vibration behavior of laminated angle-ply elliptical cylindrical shells, Computers and Structures, Vol.82,pp. 509-518. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2003.10.016
  17. Jaunky, N., Knight Jr N.F., and Ambur, D.R. (1999) Buckling analysis of variable curvature panels and shells, Composite Structures, Vol.43(4), pp.321-329.
  18. Koiter W.T. (1956) Buckling and Post-buckling Behavior of a Cylindrical Panel under Axial Compression, National Luchtvaat Laboratorium, Report and Transaction, Vol.20, Report S.
  19. Hughes T.J.R. and Brezzi F. (1989) On drilling degrees of freedom, Computational Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol.72, pp.105-121. https://doi.org/10.1016/0045-7825(89)90124-2
  20. LUSAS 13 .5 (2004), Finite Element Analysis System, Theory Manual, FEA, Ltd., London.
  21. Ramanujan S. (1913) Modular equations and approximations to $\pi$, Quarterly Journal of Pure and Applied Mathematics, Vol.45, pp.350-372
  22. Reddy J.N. (2003) Mechanics of Laminated Composite Plates and Shells, CRC Press.
  23. Rikards R., Chate A. and Ozolinsh O. (2001) Analysis for buckling and vibrations of composite stiffened shells and plates, Composite Structures, Vol.51(4), pp.361-370. https://doi.org/10.1016/S0263-8223(00)00151-3
  24. Sambandam C.T., Patel B.P., Gupta S.S., Munot C.S. and Ganapathi M. (2003) Buckling characteristics of cross-ply elliptical cylinders under axial compression, Composite Structures, Vol.62(1), pp.7-17. https://doi.org/10.1016/S0263-8223(03)00079-5
  25. Simo J.C. and Rifai M.S. (1990) A class of mixed assumed strain methods and the method of incompatible modes, International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol.29, pp.1595-1638. https://doi.org/10.1002/nme.1620290802
  26. Sobel L.H., Weller T. and Agarwel B.L. (1976) Buckling of cylindrical panels under axial compression, Computers & Structures, Vol.6, pp.29-35. https://doi.org/10.1016/0045-7949(76)90070-5
  27. Vinson J.R. and Chou T.W. (1975) Composite Materials and Their Use in Structures, Applied Science Publishers Ltd.