본 연구에서는 복합형 회전익 항공기 동체의 설계를 위해 확장된 보 해석을 기술한다. 개발된 보 접근 방법은 등가 보강재 층 방법을 사용하여 보강재로 구성된 동체의 해석이 가능하다. 통합 정식화 보 이론에 기반하여 외피의 두께 및 적층 고려 방법을 제시하였다. 보강재가 고려된 동체에 대해 등가 보강재 층 방법을 적용하여 해석을 수행하였고, 보강재의 제원에 관한 예비 연구 결과를 도출하였으며 상용 프로그램을 이용하여 검증 및 비교를 수행했다.
본 논문에서는 기존의 펌프나 가스를 이용한 강제유동식 시스템과는 달리 회전원통을 이용한 유동대전현상에 대하여 연구하여, 강제유동식에서의 대전특성과 비교, 분석하였다. 연구결과, 회전원통 시스템에서의 회전원통의 회전속도 및 온도에 따른 유동대전 특성은 강제유동식과 같은 경향을 보여 회전원통 시스템이 유동대전현상을 연구하는데 적합함을 알 수 있었다. 회전원통시스템은 강제유동식에 비하여 실험장치의 기계적 구조가 간단하고, 적은 양의 절연유만이 필요하며, 여러 가지 다른 물질로 실험하기가 비교적 편리하였다. 또한 대전 방지제의 첨가나 절연유의 열화에 따른 대전현상 등을 연속적으로 측정할 수 있는 특징이 있음을 알 수 있었다.
본 연구에서는 고속의 원심압축기에서 스톨 발단에 관한 연구를 수행하였다. 스톨을 일으키는 요인과, 스톨이 발생하기 전에 이를 미리 경고할 수 있는 방법을 주된 연구 주제로 삼았다. 원주방향으로 균일하게 분포된 8개의 고속응답 압력변환기를 사용하여 순간압력을 측정하였으며, 이 신호를 공간 푸리에 변환(space Fourier transform)을 사용하여 스톨의 발단을 알리는 신호를 측정하였고, 회전하는 파의 에너지(Traveling Wave Energy) 방법을 사용하여 스톨을 미리 경고하는 방법에 대하여 연구하였다. 회전하는 파의 에너지 방법은 스톨을 경고하는 데 좋은 성능을 보였으며, 저속에서는 약 임펠러 100회전, 중간속도에서는 약 200회전, 그리고 고속에서는 약 임펠러 1000회전의 경고시간을 보였다. 그리고 스톨 발단 근처에서 공간 푸리에 계수의 위상이 임펠러 주파수의 속도로 선형적인 증가를 보이는 구간이 나타났으며, 또한 임펠러 주파수의 스펙트럼이 스톨로 접근하면서 증가하는 것으로부터, 임펠러 주파수가 스톨을 일으키는 중요한 요인으로 작용함을 알 수 있었다. 또한 임펠러의 회전속도에 관계없이 스톨로 접근하면서 임펠러 주파수의 스펙트럼이 증가하므로, 이 값이 스톨을 경고하는 방법으로 사용될 수 있음을 보였으며, 약 임펠러 2n회전의 경고시간을 얻을 수 있었고, 임펠러의 속도가 빠를수록 긴 경고시간을 얻었다. 이 방법의 개발로 하나의 센서의 측정만으로도 효과적으로 스톨을 경고할 수 있는 기반을 마련하였다.
컴퓨터 전산모의와 회전자를 이용한 실험을 통하여 회전변위에 따른 반복사인격자 한 쌍이 만드는 무아레 무늬의 변화를 세밀하게 조사하여 반복사인격자가 겹쳐서 동시에 생기는 두 가지의 서로 다른 무아레 무늬를 사용하는 작은 회전변위를 측정하는 가시적 방법을 보여준다. 이 무아레 무늬는12도 이상의 큰 각도 측정에 유용한 장주기의 넓고 긴 직선무늬와 12도 이하의 작은 각도 측정에 유리한 좁고 짧은 복잡한 직선무늬로 이루어져 있다. 그리고 무아레 무늬의 회전방향에 따라 회전변위의 회전방향도 동시에 가시적으로 판별할 수 있다.
보(beam)는 기계 구조 및 항공 우주 구조물의 기본적인 요소로서, 특히 큰 동적 거동을 하는 경우는 비선형성이 두드러지게 나타나는 것으로 알려져 있고[4], 헬리콥터의 회전날개(rotor blade)나 두께가 얇은 고속회전 축등의 경우에는 비틀림(torsion)과 굽힘(bending) 운동이 비선형 연성되어 나타나게 된다. 이러한 비선형 연성 효과를 갖는 경우에는 운동의 양상이 복잡하게 전개된다. 따라서 본 연구에서는 비선형 연성운동이 생기는 이러한 단순 외팔보에 대해 비선형 진동 특성을 파악하고 각 비틀림(internal resonance)현상[5]에 따른 정상상태 진폭 응답의 해석을 그 목적으로 한다.
In this paper, a modeling method for the bending vibration analysis of rotating Timoshenko beams with concentrated mass and mass moment of inertia is presented. The shear and rotary inertia effects become critical for the accurate estimation of the natural frequencies and mode shapes as the slenderness ratio decreases. The natural frequencies obtained by using the Timoshenko beam theory are lower than those by using the Euler beam theory. The critical angular speed, which does not exist only with the concentrated mass, exists with the concentrated mass moment of inertia.
구조최적화는 기계구조물의 동특성을 변경하기 위하여 필수적으로 수행되어야 할 요소이다. 어떠한 방법을 택하여 보다 효율적으로 수행할 것 인지가 엔지니어의 관심일 것이다. 구조최적화는 설계변수에 따라 치수최적화, 물성치최적화 형상최적화 등으로 나눌 수 있다. 형상 최적화는 구조물의 유한요소모델을 기본으로 경계의 형상이나 절점의 형상, 회전 등을 설계 변수로 삼는 것이다. 고유진동수를 높이거나 모드형상을 제어하기 위하여 평판에 보강재를 붙이는 경우가 있다. 이때 보강재의 위치나 치수 형상 등이 중요한 변수가 될 수 있다. 본 논문에서는 평판의 고유진동수를 극대화 하기위해 보 보강재를 붙이는 문제에서 보의 회전을 설계 변수로 삼아 최적설계를 수행 할 것이다.
본 논문은 파노라마 모자익의 접합 질을 판단하기 위해 접합 신뢰도라는 수량적 기준을 제시한다. 또한, 파노라마의 자동 생성과 따른 시각화를 위해 필요한 초점거리 측정에 접합 신뢰도가 유용함을 보인다. 이미지로부터 초점거리를 복원하는 기존 방법은 일반적인 파노라마 모자익에서 나타나는 잘못 접합된 부분을 초점거리 계산에 포함하기 때문에 부정확하다는 단점이 있다. 제안 방법은 높은 접합 신뢰도를 가진 일정 개수의 이미지를 선별할 수 있기 때문에 초점거리를 따르고 정확하게 자동 측정한다. 접합의 신뢰도를 계산하기 위해, 제안 방법은 카메라 회전 움직임 제약조건의 만족 여부를 판단할 수 있는 특징점을 정의하고, 이 특징점의 이상적인 위치와 실제 위치의 차이를 계산한다. 본 논문에서 제시한 제약조건은 카메라의 자유 회전 움직임에서 항상 만족하고, 이는 수학적으로 증명된다. 마지막으로, 실험을 통해 제안 방법이 기존 방법보다 초점거리의 편차가 작다는 것을 보이고, 파노라마 모자익의 접합 질을 높인다는 것을 보인다.
The vibration analysis of a rotating cantilever beam made-up of functionally graded materials is presented based on Timoshenko beam theory. The material properties of the beams are assumed to be varied through the thickness direction following a simple power-law form. The frequency equations, which are coupled through gyroscopic coupling terms, are calculated using hybrid deformation variable modeling along with the Rayleigh-Ritz assumed mode methods. In this study, resulting system of ordinary differential equations shows the effects of power-law exponent, angular speed, length to height ratio and Young's modulus ratio. It is believed that the results will be a reference with which other researchers and commercial FE analysis program, ANSYS can compare their results.
The Vibration Analysis of Rotating Inward Beams Considering The Tip-Mass is presented based on Euler-Bernoulli beam theory. The frequency equations, which are coupled through gyroscopic coupling terms, are calculated using hybrid deformation variable modeling along with the Rayleigh-Ritz assumed mode methods. In this study, resulting system of ordinary differential equations shows the effects of angular speed, and Young's modulus ratio. It is believed that the results will be a reference with which other researchers and commercial FE analysis program, ANSYS can compare their results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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