적층된 복합재 구조물의 강도와 강성 저하를 발생시키는 중요원인 중의 하나는 복합재 층 사이에 발생하는 층간 분리이다. 적용되는 대부분의 복합재 구조물은 어느 정도 곡률을 가지고 있다. 만약 굽은 복합재 구조물이 굽힘 하중을 받게 되면 평평하게 되려는 현상 때문에 두께 방향의 수직응력이 발생하게 되며, 최대 응력이 발생되는 곳에서 층간 분리가 발생한다. 본 논문에서는 굽은 복합적층 보의 반경방향 응력을 결정하는 방법을 설명하고, 층간 분리 응력에 미치는 적층 순서의 영향을 검토하였다. 그리고 층간분리 응력의 크기와 위치를 이론적인 해와 유한요소 방법을 이용하여 해석하고 비교하였다.
LIPCA (LIghtweight Piezo-composite Curved Actuator) is an actuator device which is lighter than other conventional piezoelectric ceramic type actuator. LIPCA is composed of a piezoelectric ceramic layer and fiber reinforced light composite layers, typically a PZT ceramic layer is sandwiched by a top fiber layer with low CTE (coefficient of thermal expansion) and base layers with high CTE. LIPCA has curved shape like a typical THUNDER (thin-layer composite unimorph feroelectric driver and sensor), but it is lighter an than THUNDER. Since the curved shape of LIPCA is from the thermal deformation during the manufacturing process of unsymmetrically laminated lay-up structure, an analysis for the thermal deformation and residual stresses induced during the manufacturing process is very important for an optimal design to increase the performance of LIPCA. To investigate the thermal deformation behavior and the induced residual stresses of LIPCA at room temperature, the curvatures of LIPCA were measured and compared with those predicted from the analysis using the classical lamination theory. A methodology is being studied to find an optimal stacking sequence and geometry of LIPCA to have larger specific actuating displacement and higher force. The residual stresses induced during the cooling process of the piezo-composite actuators have been calculated. A lay-up geometry for the PZT ceramic layer to have compression stress in the geometrical principal direction has been designed.
In this paper, the electromechanical displacements of curved piezoelectric actuators composed of PZT ceramic and laminated composite materials are calculated based on high performance computing technology and the optimal configuration of composite curved actuator is examined. To accurately predict the local pre-stress in the device due to the mismatch in coefficients of thermal expansion, carbon-epoxy and glass-epoxy as well as PZT ceramic are numerically modeled by using hexahedral solid elements. Because the modeling of these thin layers increases the number of degrees of freedom, large-scale structural analyses are performed through the PEGASUS supercomputer, which is installed in our laboratory. In the first stage, the curved shape of the actuator and the internal stress in each layer are obtained by the cured curvature analysis. Subsequently, the displacement due to the piezoelectric force (which is resulted from applied voltage) is also calculated. The performance of composite curved actuator is investigated by comparing the displacements obtained by the variation of thickness and elastic modulus of laminated composite layers. In order to consider the finite deformation in the first analysis stage and include the pre-stress due to curing process in the second stage, nonlinear finite element analyses are carried out.
수분이 복합재를 통하여 투과되는 정도를 고찰하기 위하여 $20^{\cire}C$, 90%RH의 온/습도를 유지하는 수조를 제작하였고, 이 수조내에 보관한 복합재 연소관의 실린더 벽면으로 투과되는 습기를 측정하기 위하여 연소관 내에 습도 센서를 투입하여 상대습도를 직접 측정하였다. 습기의 투과는 내부에 라이너/인슬레이션이 피복 되거나 또는 추진제가 충전된 경우 많은 감소효과를 보였다. Epoxy filament winding으로 제조된 순수 복합재 연소관의 경우 수조에 넣고 평형에 도달한 후로부터 약 8개월 간의 습기 투과 상태를 볼 때 벽면을 통하여 들어가는 water vapor flux는 $20^{\cire}C$, 90%RH에서 평균적으로 2.88${\times}$$10^{-9}$g/$\textrm{m}^2$sec로 나타났다. 이때 습기가 투과되는 연소관의 국지점을 평판으로 가정하고 Fick's law를 이용하여 구한 습기에 대한 복합재의 확산계수는 D=7.98${\times}$$10^{-7}$$\textrm{mm}^2$/sec 였다. 밀폐된 장치 내의 습도 변화를 직접 측정하는 본 시험 방법은 실린더 형태 및 밀폐된 용기를 이루는 곡면형 재료의 환경에 따른 습기 투과량 및 재료의 확산 계수 측정에 유용할 것으로 생각된다.
층상구조재료가 갖는 약점으로는 구성재료층 간의 열.기계적 특성 차이로 인하여 내부응력이 발생되고 비틀림 변형이 유발되어 형상 제어가 매우 어려울 뿐만 아니라, 반복적인 열 하중으로 인해 열이력을 받을 경우 접합부에서의 파손이 생길 수 있다는 것이다. 최근 층상구조에서 조직 혹은 조성이 점차적으로 변하는 계면을 삽입한 경사조성재료는 열.기계적 변형특성 차이에 의한 재료의 손상을 최소화시킬 수 있으나, 용도에 적합한 구조설계를 위해서 열.기계적 해석이 필요하다. 본 연구에서는 전자패키징용 $Al-SiC_p$ 경사조성 복합재료의 기하학적 구조와 온도변화에 따른 곡면화 변형 및 내부응력분포를 해석하고자 하였다. 한편 층상구조 $Al-SiC_p$ 경사조성 복합재료의 열변형량을 측정하고 내부응력분포를 실험적으로 구하여, 이론적으로 계산한 결과와 비교하였다. 본 연구의 해석결과는 경사조성 층상구조재료의 최적구조 설계에 유용하게 적용할 수 있다.
This paper presents shape design, surface construction, and cutting path generation for the surface of marine ship propeller blades. A propeller blade should be designed to satisfy performance constraints that include operational speed which impacts rotations per minutes, stresses related to deliverable horst power, and the major length of the marine ship which impacts the blade size and shape characteristics. Primary decision variables that affect efficiency in the design of a marine ship propeller blade are the blade diameter and the expanded area ratio. The blade design resulting from these performance constraints typically consists of sculptured surfaces requiring four or five axis contoured machining. In this approach a standard blade geometry description consisting of blade sections with offset nominal points recorded in an offset table is used. From this table the composite Bezier surface geometry of the blade is created. The control vertices of the Hazier surface patches are determined using a chord length fitting procedure from tile offset table data. Cutter contact points and path intervals are calculated to minimize travel distance and production time while maintaining a cusp height within tolerance limits. Long path intervals typically generate short tool paths at the expense of increased however cusp height. Likewise, a minimal tool path results in a shorter production time. Cutting errors including gouging and under-cut, which are common errors in machining sculptured surfaces, are also identified for both convex and concave surfaces. Propeller blade geometry is conducive to gouging. The result is a minimal error free cutting path for machining propeller blades for marine ships.
This paper presents a reverse engineering method for compound surfaces using vision system. A CNC machining center is used as a measuring station, which is equipped with slit beam generator and vision probe. Since obtained data using slit beam or laser scanner may have much data loss along the edge of compound surfaces, an algorithm is presented in this study to recover missing geometric data at such region. First, b-spline interpolation is applied to extract edge information of the surface, and as a next step, b-spline approximation is applied to recover the missing geometric data. Finally, b-spline skinning method is applied to regenerate the surface information. Appropriate simulation and experimental works are preformed to very the effectiveness of the proposed methods.
Cutter Interference(or part surface gouging) is one of the most critical problems in NC machining of sculptured surfaces. Presented in this paper is and algorithmic procedure that converts CC data obtained from a compound surface(several surfaces without topological relationship) into interference-free CL data. The interference handling procedure consists of following steps: (1) Z-map model is constructed from input surfaces. (2) Interference sources are detected using local properties of the sources. (3) Interference regions are completely identified based on global tests for neighboring CC points of the interference sources (4) Cutter paths are reconstructed after removing the CC data in interference regions, while avoiding any new interferences.
Recently 5-axis NC machines are widely used in Korea. Since 5-axis machines have two more degrees of freedom than 3-axis machines, it is very important to find desirable tool positions(locations and orientations) in order to make an efficient use of expensive 5-axis NC machines. In this research an algorithm to determine “optimal” tool positions for 5-axis machining of sculptured surfaces is developed. For given CC(Cutter Contact) points, this algorithm determines the cutter axis vectors which minimize cusp heights and satisfy constraints. To solve the optimal problem, we deal with following major issues: (1) an approximation method of a cusp height as a measure of optimality (2) Identifying some properties of the optimal problem (3) a search method for the optimal points using the properties. By using a polyhedral model as a machining surface, this algorithm applies to sculptured surfaces covering: overhanged surface.
화염스트레치와 확산선호도가 예혼합화염에 미치는 영향을 몇가지 모델에 대해 현상적으로 고 찰하였다. 즉, 정상상태의 구형화염, 구형으로 전파되는 화염, 균일유동장내의 곡면화염, 일차원 평면화염, 그리고 확대유동장내에서 스트레치된 평면화염등을 고찰하였으며, 이 해석의 결과는 화염면의 면적 변화율로 정의된 화염스트레치의 제인자들 즉, 비균일 접선속도장과 전파화염의 곡률에 의한 영향들이 공통적 특성을 나타냄을 보여주고 있다. 화염스트레치와 확산선호도가 화염전파속도에 미치는 복합효과는 세가지로 나타나는데 이는 화염온도의 변화에 따른 화학반 응강도의 변동, 열 및 물질확산의 강도차이, 그리고 대류 및 확산전달의 방향의 상이함에 기인 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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