• Journal of Power System Engineering
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• v.13 no.4
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• pp.49-55
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• 2009

복합재 적층판의 자유단 근처에서 나타나는 층간 응력의 집중 현상을 층간면 효과를 고려해 해석하였다. 복합재 적층판 내부의 임의의 위치에서 3차원 평형방정식을 만족시키기 위해 렉니츠키 응력함수를 도입하였으며, 가상일의 원리를 이용하여 지배방정식을 유도하였다. 주어진 응력함수를 이용하여 구한 3차원 응력들은 복합재 적층판의 아래 위 면뿐만 아니라 자유단에서 하중자유조건을 잘 만족한다. 기하학적 불연속성 때문에 복합재 적층판의 자유단에서는 응력의 특이가 발생하지만, 층간면 효과를 고려하게 되면 층간응력의 집중현상을 정확하게 해석할 수 있다. 자유단에서 발생한 층간응력의 크기를 보면, 층간면 효과를 고려할 경우, 응력특이 효과가 많이 줄어드는 것을 관찰할 수 있다. 본 연구에서 주어진 층간면에서의 정확한 응력 해석은 복합재 적층판의 강도설계를 수행하는 초기 설계 툴로 사용할 수 있다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.12 no.5
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• pp.944-951
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• 1988

Global-Local Laminate Variational Model is utilized to investigate the characteristics of interlaminar stresses in thick composite laminates under uniform axial extension. Various laminates with different fiber orientation and stacking sequences are analyzed to observe the behavior of interlaminar normal stresses. From this result, the interlaminar normal stress distribution along the laminate interfaces is examined and discussed with an existing approximation model. The repeated stacking of Poisson's ratio symmetric sublaminates is found to be the best stacking method of thick composite laminates to reduce the interlaminar normal stresses for the prevention of the free-edge delamination.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2009.04a
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• pp.488-491
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• 2009

본 논문에서는 응력함수와 Kantorovich method를 이용하여 기저판(substrate)에 인장과 굽힘이 작용할 때 복합재 패치의 3차원 응력을 해석하였다. 면내 방향과 면외 방향의 두 응력함수에 가상 공액일의 법칙(Complementary virtual work principle)을 적용하였으며 복합재 패치의 자유 경계조건과 바닥의 기저판으로부터 전달되는 전단 수직 응력 조건을 부여하였다. 이를 통해서 패치 구조물의 지배방정식을 연립 미분 방정식 형태의 고유치 문제로 변환하여 응력함수를 구하였다. 위 방법의 타당성과 효용성을 검증하기 위한 수치 예제로 cross-ply, angle-ply, quasi-isotropic의 패치 적층 배열을 고려하였으며, 층간 응력함수 값이 자유 경계에서 최고치를 나타내고 패치 중심부로 갈수록 급격히 감소하는 모습을 확인하였다. 제안된 기법은 기저판에 인장하중이 작용하는 경우뿐만 아니라 굽힘 하중이 작용하는 경우에도 정확한 예측이 가능하여, 패치 구조물의 층간 응력을 포함한 3차원 응력을 해석하는데 있어서 효율적인 해석 도구로서 사용할 수 있을 것이라 사료된다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 1997.11a
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• pp.29-29
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• 1997

각광 받는 구조재료인 섬유강화 복합적층재에 대한 기계적 체결 거동은 본질적인 재료의 이방성에 의해서 파단강도가 파단 모우드와 매우 밀접한 관련을 갖는 것으로 알려져 있다. 따라서, 복합적층판 체결부의 정밀 구조 설계에서는 단순화에 따른 오차를 줄이고 정밀해에 의한 설계 및 해석이 요청된다. 특히, 층간응력 성분을 무시할 수 없는 두께를 갖는 복합적층 판의 기계적 체결부 해석이나 실제 구조물의 체결부에서 발생하는 굽힘이나 비틀림과 같은 하중 상태를 묘사하기 위해서도 정밀한 3차원 응력 해석은 필요하다. 하지만, 지금까지 기계적 체결부의 거동에 관한 연구는 층간응력 성분들을 어느정도 무시할 수 있는 얇은 평판에 대한 2차원 응력해석에 주로 국한되어 왔으며, 일부 수행된 체결부에 대한 3차원 응력 해석의 경우 여러 단점을 갖는 3차원 연속체 요소에 의한 유한요소 해석이 수행되었을 뿐이다.본 연구는 층간응력 성분들을 무시할 수 없는 두께를 갖는 복합적층판의 기계적 체결부 해석에 지금까지 사용되어온 3차원 연속체 요소에 의한 유한요소 방법이 갖는 단점들을 개선한 Layerwise 유한요소법을 이용하여 3차원 응력해석을 수행하였다. 특히, 선형상보성원리에 근거한 최적설계 기법을 응용하여, 기계적 체결시 핀과 적층판의 홀 사이에 발생하는 하중 전달 과정을 모사하고, 접촉력에 의한 홀 주위의 복잡하고 국부적인 응력 집중현상을 규명하여본다.

• Journal of the KSME
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• v.32 no.1
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• pp.4-17
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• 1992

이 글에서는 복합적층판의 역학적 특성인 층간분리, 모재균열, 초기파손 후의 거동에 대한 문헌을 간단히 서술하고 그 특성을 살펴 보았다. 이상에서 살펴본 바와 같이 이방성인 층으로 구성된 복합적층 구조의 역학적 특성은 균질인 단일구조와 달리 각층의 재료상수가 달라층과 층 사이의 층간응력이 존재하여 층간분리현상이 발생하지 않도록 섬유방향뿐만 아니라 적층순서를 중요한 설계변수로 고려하여야 한다. 또한 모재균열로 인한 기계적 거동의 변화를 이해하고 초기파손 후의 손상을 고려한 해석을 수행하여 복합적층 구조의 응력해석 및 파손, 강도예측을 한다.

• Composites Research
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• v.17 no.1
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• pp.29-37
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• 2004

Honeycomb sandwich composite(HSC) structures have been widely used in aircraft and military industry owing to their light weight and high stiffness. Mechanical properties of honeycomb core materials are needed for accurate analysis of the sandwich composites. In this study. theoretical formula for effective elastic modulus and Poisson's ratio of honeycomb core materials was established using an energy method considering the bending, axial and shear deformations of honeycomb core walls. Finite-element analysis results obtained by using commercial FEA code, ABAQUS 6.3 were comparable to the theoretical ones. In addition, we performed tensile test of HSC plates and analyzed deformation behaviors and interlaminar stresses through its FEA simulation. An increased shear stress along the interface between surface and honeycomb core layers was shown to be the main reason for interfacial delamination in HSC plate under tensile loading.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2010.04a
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• pp.729-732
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• 2010

본 논문에서는 이산 변수 최적화에 적합한 유전 알고리듬을 이용하여 복합재 적층 패치의 최적강도설계를 수행하였다. 기저판(substrate)와 접착제(adhesive), 그리고 복합재 적층 패치로 이루어진 구조물에서 패치의 강도를 효율적으로 구하기 위해서 응력 함수 기반의 해석적 방법을 도입하였다. 면외 방향의 응력 함수를 가정하여 가상 공액일의 법칙(complementary virtual work principle)에 적용하였으며, 복합재 패치의 자유 경계조건으로부터 면내 방향의 응력함수를 결정하였다. 응력 함수를 통하여 구한 층간 응력 값은 자유 경계 효과를 잘 나타내었고, 이를 이용하여 패치의 강도 해석을 수행하였다. 강도 해석 시, 복합재 패치의 파괴 기준은 면내 응력들에 대해서는 최대 응력 척도를 사용하였으며, 층간 응력들에 대해서는 quadratic delamination 척도를 사용하였다. 유전 알고리듬을 이용한 최적강도설계 과정에서는 임의의 염색체가 주어진 적층 구속 조건을 만족할 수 있게 수정(repairing)하는 과정을 도입하였다. 또한 다수의 전역해(global optima)를 효과적으로 찾기 위해서 multiple elitism 기법을 도입하였다. 응력 함수 기반의 강도 해석방법과 유전 알고리듬과의 연계를 통한 복합재 적층 패치의 강도최적설계 기법은 패치 구조물의 해석 및 설계에 있어서 효율적인 도구로서 사용할 수 있을 것이라 사료된다.

• Composites Research
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• v.16 no.4
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• pp.1-9
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• 2003

2 ply laminated composite is regarded to simulate the interply behavior of the belt layer of the tire. It was cone with 3 dimensional FE(Finite Element) analysis to determine interply shear stress and strain. Widthwise, the shear strain was measured by the pin method. These results are compared with those of CLT(classical lamination theory) in center region and those of Kassapoglou's and Kelsey's theory in edge region. In the FE analysis. rubber is assumed as linear elastic material. and rubber/cord laminate as the orthotropic material composed of cord and rubber In the FE result, interlaminar shear stress causing the interlaminar delamination has the largest value in the edge region of the inner rubber layer. Numerical results obtained coincides with CLT well in the center region, and agrees with other theoretical result little in the edge region.

• Korean Journal of Crystallography
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• v.13 no.2
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• pp.69-72
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• 2002

The interlaminar problems near the free edge of composite laminates are analyzed in this paper. CFRP specimen (［+40/-40］s) and interleaved specimen (［+40//-40］s) with non-woven carbon tissue (NWCT) are discussed under tensile loading condition. The symbol “//”means that the NWCT is located between the CFRP interfaces. The NWCT has carbon short fibers which are discretely distributed with the in-plane random orientation. It was reported/sup 3)/ that the Mode Ⅱ interlaminar fracture toughness of CFRP laminates with NWCT is increased largely and the Mode I interlaminar fracture toughness is not changed significantly. Mode Ⅲ interlaminar fracture toughness is also an important factor in composite structures. But it is not easy to experimentally investigate the Mode Ⅲ interlaminar fracture toughness. The objective of this work is to study the effect of the NWCT and to fundamentally understand the Mode Ⅲ interlaminar shear characteristics of laminated composites with NWCT in the vicinity of a free edge by using finite element method analysis.

• Journal of Power System Engineering
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• v.14 no.3
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• pp.52-57
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• 2010

Interlaminar stresses near the free edges of composite laminates have been analyzed considering wall effects. Interface modeling of bonding layer was introduced to explain the wall effect. Using Lekhnitskii stress functions and the principle of complementary virtual work, the interlaminar stresses were obtained, which satisfied the traction free boundary conditions not only at the free edges, but also at the top and bottom surfaces of laminates. The interface modeling provides not singular stresses but concentrated finite interlaminar stresses. The significant amount of reductions of stresses at the free edge are observed compared to the results without interface modeling. The real stress state can be predicted accurately and the results demonstrate the usefulness of the proposed interface modeling for the strength design of composite laminates.