• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제25권3호
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• pp.617-622
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• 2001

The purpose of this study is to design and the analyze the stress of composited shaft which is wound by filament winding method. The composites shaft has high strength and reduction in weight compared to metal shaft. The classical laminate plate theory(CLT) was used fro analysis the stress, and for structure design. In order to replace metal shaft by composites shaft, the diameter of shaft was determined to $\phi$ 40. The ration of diameter was determined to 0.4 for torsional moment with CLT. In this result of analyzing the stress, composites shaft was safe $30^{\circ}~60^{\circ}$C of winding angle, and was fractured on $90^{\circ}$.

• 항공우주기술
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• 제3권1호
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• pp.257-266
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• 2004

고차 지그재그이론을 이용하여 면내회전 자유도를 갖는 3절점 삼각형요소를 개발하여 복합재 적층판의 층간 응력분포를 정확히 계산하였고 점탄성물질이 심어진 비틀린 복합재료 판의 진동을 해석하였다. 평면상에서 점탄성물질과 가장자리에서 박리현상을 방지하기 위하여 사용된 경계물질사이의 경계면상에서 전단력 적합조건이 사용되었다. 본 연구에서 개발된 지그재그 삼각형요소를 이용하여 점탄성물질이 심어진 비틀린 외팔보 복합재료판의 고유진동수와 감쇠계수를 계산하고 실험치 및 판과 고체요소를 혼합한 MSC/NASTRAN 결과치와 비교하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권7호
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• pp.3207-3215
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• 2012

본 논문에서는 3차 전단변형이론이 고려된 비국소 탄성 이론을 이용한 나노 판의 휨 및 진동에 대하여 연구하였다. 비국소 탄성 이론은 미소 규모 효과를 고려할 수 있고 3차원 전단변형이론은 나노 판의 두께방향으로의 전단 변형률과 전단응력의 곡선변화 효과를 고려할 수 있다. 이러한 두 가지 이론을 이용하여 나노 판의 처짐과 고유진동수에 미치는 비국소 이론의 효과를 제시하였다. 국소 탄성이론과의 관계를 수치해석 결과를 통하여 고찰하였다. 또한 (i) 비국소 계수, (ii) 나노 판의 적층형태, (iii) 나노 판의 보강 방향 그리고 (iv) 나노 판의 적층 수 등이 나노 판의 무차원 처짐에 미치는 효과에 대하여 관찰하였다. 본 연구의 결과를 검증하기 위해 참고문헌의 결과들과 비교 분석하였으며 해석결과는 참고문헌의 결과들과 잘 일치함을 알 수 있었다. 비국소 이론에 의한 나노 판의 처짐에 관한 연구는 향후 관련연구에 비교자료로 활용될 수 있을 것이다.

• Smart Structures and Systems
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• 제4권1호
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• pp.19-34
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• 2008

Nowadays developments in the field of laminated composite structures with piezoelectric have attracted significant attention of researchers due to their wide range of applications in engineering such as sensors, actuators, vibration suppression, shape control, noise attenuation and precision positioning. Due to large number of parameters associated with its manufacturing and fabrication, composite structures with piezoelectric display a considerable amount of uncertainty in their material properties. The present work investigates the effect of the uncertainty on the free vibration response of piezoelectric laminated composite plate. The lamina material properties have been modeled as independent random variables for accurate prediction of the system behavior. System equations have been derived using higher order shear deformation theory. A finite element method in conjunction with Monte Carlo simulation is employed to obtain the secondorder statistics of the natural frequencies. Typical results are presented for all edges simply supported piezoelectric laminated composite plates to show the influence of scattering in material properties on the second order statistics of the natural frequencies. The results have been compared with those available in literature.

• Journal of Ship and Ocean Technology
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• 제4권2호
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• pp.38-57
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• 2000

This paper deals with reliability analysis of specially orthotropic plates subjected to transverse lateral pressure loads by using Monte Carlo simulation method. The plates are simply supported around their all edges and have a low short span to plate depth ratio with rectangular plate shapes. Various levels of reliability analyses of the plates are performed within the context of First-Ply-Failure(FPF) analysis such as ply-/laminate-level reliability analyse, failure tree analysis and sensitivity analysis of basic design variables to estimated plate reliabilities. In performing all these levels of reliability analyses, the followings are considered within the Monte Carlo simulation method: (1) input parameters to the strengths of the plates such as applied transverse lateral pressure loads, elastic moduli, geometric including plate thickness and ultimate strength values of the plates are treated as basic design variables following a normal probability distribution; (2) the mechanical responses of the plates are calculated by using simplified higher-order shear deformation theory which can predict the mechanical responses of thick laminated plates accurately; and (3) the limit state equations are derived from polynomial failure criteria for composite materials such as maximum stress, maximum strain, Tsai-Hill, Tsai-Wu and Hoffman.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권1호
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• pp.61-71
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• 2014

본 연구에서는 건설용 복합소재 구조에 적합한 미시-거시적 멀티 스케일 접근 방법을 제시하고 고차항 이론에 기반한 유한요소 진동 해석을 수행하였다. 본 연구에서 제시하는 멀티-스케일 접근 방법에 의한 유한요소 모델은 해석의 정확성 뿐 만 아니라 재료 조합의 영향을 정확히 보여준다는 점에서 장점을 갖는다. 적용된 유한요소 모델은 화이버의 함침비율의 변화에 따른 적층 판 구조의 고유진동을 상세 분석하기 위하여 개발되었다. 특히, 본 연구에서 제시한 결과는 적층 구조의 보강각도, 적층배열, 그리고 길이-두께비 등과 화이버 함침비율의 변화의 상호작용을 분석하는 데 초점을 두었다. 수치해석 결과로부터 화이버와 모재의 조합의 영향은 거시적 동적 특성을 조절할 수 있으므로 무시되면 안되며, 최적 배합을 통하여 건설용으로서 우수한 동적 구조성능을 만족하도록 설계할 수 있음을 보여준다.

• 전산구조공학
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• 제7권4호
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• pp.103-111
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• 1994

앞의 논문 Part 1 에서 유도한 변분원리를 이용하여 복합재료적층판의 진동해석을 할 수 있는 유한요소해석 모델을 개발하였다. 이 모델에서는 어느 한 층의 면내 변위와 나머지층 단면의 회전각, 그리고 판 전체의 연직방향처짐을 절점변수로 취하게 되어 n개층으로된 적층판의 경우 2(n+1)+1의 절점 자유도를 갖는다. 따라서, 판의 주변에서는 한층의 면내변위와 각층단면의 회전각을, 판의 면내에서는 연직방향 처짐을 경계조건값으로 정의할 수 있다. 이 모델에 의해 개발한 프로그램을 이용하여 각층의 재료특성이 크게 다른 혼종형 복합재료적층판(hybrid laminate)의 고유진동문제를 해석하였다. 탄성이론해 및 다른 유한요소해석결과와 본 해석결과와의 비교를 통해 제시모델이 기존의 다른 유한요소모델보다 정확함을 예시하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제44권1호
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• pp.65-79
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• 2022

The main goal of this paper is to study the vibration of damaged core laminated annular plates with FG face sheets based on a three-dimensional theory of elasticity. The structures are made of a damaged isotropic core and two external face sheets. These skins are strengthened at the nanoscale level by randomly oriented Carbon nanotubes (CNTs) and are reinforced at the microscale stage by oriented straight fibers. These reinforcing phases are included in a polymer matrix and a three-phase approach based on the Eshelby-Mori-Tanaka scheme and on the Halpin-Tsai approach, which is developed to compute the overall mechanical properties of the composite material. In this study the effect of microcracks on the vibrational characteristic of the sandwich plate is considered. In particular, the structures are made by an isotropic core that undergoes a progressive uniform damage, which is modeled as a decay of the mechanical properties expressed in terms of engineering constants. These defects are uniformly distributed and affect the central layer of the plates independently from the direction, this phenomenon is known as "isotropic damage" and it is fully described by a scalar parameter. Three complicated equations of motion for the sectorial plates under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. Using the 2-D differential quadrature method in the r- and z-directions, allows one to deal with sandwich annular plate with arbitrary thickness distribution of material properties and also to implement the effects of different boundary conditions of the structure efficiently and in an exact manner. The fast rate of convergence and accuracy of the method are investigated through the different solved examples. The sandwich annular plate is assumed to have any arbitrary boundary conditions at the circular edges including simply supported, clamped and, free. Several parametric analyses are carried out to investigate the mechanical behavior of these multi-layered structures depending on the damage features, through-the-thickness distribution, and boundary conditions.

• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제1권2호
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• pp.1-13
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• 2010

복합적층구조의 층간분리현상은 탄성좌굴하중을 감소시키며 설계값보다 낮은 수준에서 전체구조물의 파괴를 유발한다. 따라서 복합적층구조의 층간분리 현상은 매우 중요한 문제이며 많은 이론과 실험적인 연구가 진행되어왔다. 본 연구에서는 3차원 이론을 사용한 효과적인 유한요소법에 기초하여 임베디드된 사각형 층간분리 현상을 갖는 복합적층판의 탄성좌굴 거동을 분석하였다. 해석을 위해 개발된 3차원 유한요소는 EAS-SOLID8이라고 이름 붙여졌으며 강화된 대체 변형률 방법을 사용하였다. 임베디드된 사각형 층간분리를 갖는 복합적층판의 탄성좌굴거동 분석을 위해 경계조건, 폭-두께비 변화에 대하여 매개변수 해석을 수행하였다. 본 연구의 그래프와 좌굴모드는 임베디드된 사각형 층간분리를 갖는 복합적층판의 설계에 매우 유용한 자료가 될 것으로 사료된다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제77권1호
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• pp.137-149
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• 2021

In engineering design, the axial equivalent elastic modulus of laminated FRP pipe was mostly calculated by the average elastic modulus method or the classical laminated plate theory method, which are based on relatively simplified assumptions, and may be not accurate enough sometimes. A new analytical calculation method for the axial equivalent elastic modulus of laminated FRP pipe was established based on three-dimensional stress state. By comparing the results calculated by this method with those by the above two traditional analytical methods and the finite element method, it is found that this method for the axial equivalent elastic modulus fits well not only for thin-walled pipes with orthotropic layers, but also for thick-walled pipes with arbitrary layers. Besides, the influence of the layer stacking on the axial equivalent elastic modulus was studied with this method. It is found that a proper content of circumferential layer is beneficial for improving the axial equivalent elastic modulus of the laminated FRP pipe with oblique layers, and then can reduce its material quantity under the premise that its axial stiffness remains unchanged. Finally, the meso-mechanical mechanism of this effect was analyzed. The improving effect of circumferential layer on the axial equivalent elastic modulus of the laminated FRP pipe with oblique layers is mainly because that, the circumferential fibers can restrain the rigid body rotations of the oblique fibers, which tend to cause the significant deformations of the pipe wall units and the relatively low axial equivalent elastic modulus of the pipe.