• 항공우주시스템공학회지
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• 제13권6호
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• pp.26-35
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• 2019

본 논문에서는 항공우주분야 등 여러 분야에서 사용되는 복합재 볼트 체결부에 대해 점진적 파손 해석을 수행하였다. 단일 볼트 체결 시편에 대한 해석을 통해 해석 방법에 대해 검증하고 이를 이용해 이 중 볼트 체결 시편의 점진적 파손에 관해 연구하였다. 점진적 파손 해석을 위해 Hashin 파손 판정식과 에너지 기반 점진적 파손모델을 사용하였다. 복합재료의 4가지 파손모드에 대해 손상변수를 정의했다. 이에 따른 물성저하를 계산하였다. 단일 볼트로 체결된 시편에 대해 시험 및 점진적 파손해석을 수행하여 시험 및 해석결과를 비교한 결과 약 5% 이하의 오차로 해석의 신뢰성을 확인하였다. 이중 볼트 체결 시편에 대해 점진적 파손해석을 이용해 볼트 원공으로부터 모서리까지의 거리와 볼트 사이의 간격을 고려하여 이중 볼트 체결부에 대한 매개변수 분석을 수행하였다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2000년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.98-101
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• 2000

Recently, composite material which has much excellent mechanical characteristics has been applied in many industries. However, it has a brittle characteristic under impact condition and its invisible characteristics of the damaged area has been the motivation of many engineers investigation. The modified failure criterion is implemented to predict the failure behavior of the composite plate subjected to low velocity impact using commercial finite element analysis code, ABAQUS-Ver. 5.8. The new criterion is in good agreement with experimental results and can predict the failure behavior of the composite plate subjected to low velocity impact more accurately.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제57권4호
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• pp.587-602
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• 2016

In structural reliability analysis, the response surface method is widely adopted because of its numerical efficiency. It should be understood that the response function must approximate the actual limit state function accurately in the main region influencing failure probability where it is evaluated. However, the size of main region influencing failure probability was not defined clearly in current response surface methods. In this study, the concept of sub-region of interest is constructed, and an improved response surface method is proposed based on the sub-region of interest. The sub-region of interest can clearly define the size of main region influencing failure probability, so that the accuracy of the evaluation of failure probability is increased. Some examples are introduced to demonstrate the efficiency and the accuracy of the proposed method for both numerical and implicit limit state functions.

• 대한조선학회논문집
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• 제52권2호
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• pp.143-152
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• 2015

In the present study, the fiber and matrix failure of composite laminates under arbitrary biaxial stresses were evaluated based on separate mode criteria such as Hasnin and Puck theories. There is a limitation to predict the fiber-dominant and/or matrix-dominant failures under arbitrary stress states using limit criteria (maximum stress and maximum strain theories) and interactive criteria (Tsai-Hill and Tsai-Wu theories). There is little literature for failure analysis of ships and offshore composite structures considering advanced failure theories such as Hashin and Puck theories. Furthermore, there is not enough practical commercial finite element analysis (FEA) code which is basically adopted the separate mode criteria. Hence, in the present study, the user-defined subroutine of commercial FEA code ABAQUS for evaluation of fiber and matrix failures of composite structures was developed based on Hashin and Puck failure criteria. And then, the proposed subroutine was validated by comparing with a series of experimental results of carbon- and glass-implemented composite laminates to guarantee the reliability and usefulness of the developed method.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권1호
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• pp.21-29
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• 2017

복합재료 적층판 기계적 체결부(ASTM D5961 Proc. A, B)에 대하여 치구 설계에서 시험 결과의 해석까지 전체 과정을 제시하였다. 복합재료 적층판 기계적 체결부를 유한요소법을 사용하여 분석하였으며 시험 결과와 비교하였다. 시험편의 파손 거동을 분석하기 위해 점진적 파손해석 방법을 유한요소법에 적용하였다. 시험 파손 하중을 예측하기 위해 3가지 파손이론(최대 응력, 최대 변형률, Tsai-Wu)을 FEM에 적용하였다. 기계적 체결부의 일반적인 변수들을 검토하였으며 주요 변수에 대하여 베어링 강도 차이를 비교하였다.

• Composites Research
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• 제23권2호
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• pp.40-47
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• 2010

본 논문에서는 복합 반응면 기법을 제안하고 성능을 고찰하였다. 복합 반응면 기법은 MPP의 좌표를 기준으로 하여 근사모델을 반복 계산하는 기법이다. 성능을 검증하기 위해 비선형 함수와 복합재 적층판에 대하여 신뢰성 해석 기법을 적용하여 파괴확률, MPP(Most Probable failure Point), 신뢰도 지수를 계산하고 일반적인 반응면 기법의 결과와 비교하였다. 파괴확률은 비선형 한계상태식을 가정하고 임의의 파괴 기준을 정의하여 계산하였다. 제안한 복합 반응면 기법을 이용하여 파괴확률을 계산한 결과 일반적인 반응면 기법보다 향상된 성능을 나타내었다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제69권2호
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• pp.193-204
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• 2019

This paper presents results from experimental and numerical studies on the response of steel-concrete composite box bridge girders under certain localized fire exposure conditions. Two composite box bridge girders, a simply supported girder and a continuous girder respectively, were tested under simultaneous loading and fire exposure. The simply supported girder was exposed to fire over 40% of its span length in the middle zone, and the two-span continuous girder was exposed to fire over 38% of its length of the first span and full length of the second span. A measurement method based on comparative rate of deflection was provided to predict the failure time in the hogging moment zone of continuous composite box bridge girders under certain localized fire exposure condition. Parameters including transverse and longitudinal stiffeners and fire scenarios were introduced to investigate fire resistance of the composite box bridge girders. Test results show that failure of the simply supported girder is governed by the deflection limit state, whereas failure of the continuous girder occurs through bending buckling of the web and bottom slab in the hogging moment zone. Deflection based criterion may not be reliable in evaluating failure of continuous composite box bridge girder under certain fire exposure condition. The fire resistance (failure time) of the continuous girder is higher than that of the simply supported girder. Data from fire tests is successfully utilized to validate a finite element based numerical model for further investigating the response of composite box bridge girders exposed to localized fire. Results from numerical analysis show that fire resistance of composite box bridge girders can be highly influenced by the spacing of longitudinal stiffeners and fire severity. The continuous composite box bridge girder with closer longitudinal stiffeners has better fire resistance than the simply composite box bridge girder. It is concluded that the fire resistance of continuous composite box bridge girders can be significantly enhanced by preventing the hogging moment zone from exposure to fire. Longitudinal stiffeners with closer spacing can enhance fire resistance of composite box bridge girders. The increase of transverse stiffeners has no significant effect on fire resistance of composite box bridge girders.

• Composites Research
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• 제19권3호
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• pp.7-14
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• 2006

본 논문에서는 내압 하중을 받는 복합재 압력 용기의 신뢰도를 구하기 위해 확률적 강도 해석이 수행되었다. 이때 확률적 강도 해석은 점진적 파손 모델과 몬테카를로 시뮬레이션으로 구성된 확률 연속 파손 모델과 상용 유한 요소 해석 코드인 ABAQUS가 연계한 형태로서 복잡한 형상 및 경계 조건을 갖는 복합재 구조물의 확률적 파손 해석을 수행하게 된다. 설계확률 변수로서 복합재 층의 각 방향 별 강도가 고려되었다. 최종적으로, 확률 강도 해석을 통해 복합재 압력 용기의 파열 압력 분산 현상이 설명되었고, 복합재 압력 용기의 각 부위별 신뢰도 값이 제시되었다. 양산 중인 복합재 구조물인 경우, 재료 및 제작 공정의 불확실성이 구조물 성능에 미치는 영향이 더욱 커지게 되어 확률 강도 해석을 이용한 구조 설계가 필수적이다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제63권6호
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• pp.703-712
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• 2017

The composite blades of offshore wind turbines accumulate structural damage such as fatigue cracking due to harsh operation environments during their service time, leading to premature structural failures. This paper investigates various fatigue crack models for reproducing crack development in composite blades and proposes a stochastic approach to predict fatigue crack evolution and to analyse failure probability for the composite blades. Three typical fatigue models for the propagation of fatigue cracks, i.e., Miner model, Paris model and Reifsnider model, are discussed to reproduce the fatigue crack evolution in composite blades subjected to cyclical loadings. The lifetime probability of fatigue failure of the composite blades is estimated by stochastic deterioration modelling such as gamma process. Based on time-dependent reliability analysis and lifecycle cost analysis, an optimised maintenance policy is determined to make the optimal decision for the composite blades during the service time. A numerical example is employed to investigate the effectiveness of predicting fatigue crack growth, estimating the probability of fatigue failure and evaluating an optimal maintenance policy. The results from the numerical study show that the stochastic gamma process together with the proper fatigue models can provide a useful tool for remaining useful life predictions and optimum maintenance strategies of the composite blades of offshore wind turbines.

• Composites Research
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• 제30권4호
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• pp.229-234
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• 2017

일반적인 복합재료 구조물에서 체결부는 가장 취약한 부분이다. 복합재 체결법은 접착 조인트와 기계적 조인트로 크게 나눌 수 있으나, 환경조건에 덜 민감한 부분에는 주로 기계적 조인트가 많이 사용되고 있다. 본 논문에서는 5가지의 적층각 변화를 가지는 복합재료 기계적 조인트의 파손하중을 실험하고 예측하였다. 기계적 조인트에 대한 유한요소 해석을 수행하고 Tsai-Wu와 Yamada-Sun 파손이론을 이용하여 파괴면적지수법(FAI)으로 파손강도를 예측하였으며, 이를 실험 결과와 상호 비교하였다. 실험과 해석결과, 복합재 기계적 체결부는 0도 층의 비율이 낮을수록 파손하중이 저하되었으며, 파괴면적지수법과 Yamada-Sun 파손식으로 13.03% 오차범위 내에서 파손하중을 예측할 수 있었다.