외력과 열하중을 동시에 받는 판구조의 열-기계적 특성

Abstract

본 연구에서는 외력과 열을 동시에 받는 판구조에 대하여 구조적 강도를 평가하기 위하여 열응력 해석 및 열기계적 실험을 수행하였다. 초음속 비행체의 날개 유사 모델인 판구조에 대한 열 및 외력 환경구현을 위하여 석영램프를 이용한 복사가열기와 하중부가 시스템을 사용하였으며, 소성을 가미한 탄소성 유한요소 해석을 병행하여 열기계적 거동을 파악하였다. 시험은 외력 유지 상태에서 일정 온도 유지환경과 10 ℃/sec의 가열률 환경하에서 이루어졌다. 해석 및 실험에 의한 결과들을 이용하여 가열환경에 따른 구조물의 거동 특성을 파악하였으며, 상온에서의 구조강도 결과와 비교 고찰하였다. 본 연구를 통하여 초음속 비행체와 같이 외력과 열 환경을 경험하는 구조물에 대한 실험 및 해석적 방법을 제시하였고, 획득된 자료들은 비행체 내열 구조 설계시 열적 강도 판단의 참고자료로 활용될 수 있을 것이다. The thermo-mechanical analysis and test were performed for plate structure under mechanical and thermal loading conditions. Infrared heating system and hydraulic loading system were used to simulate mechanical and thermal environment for the plate structure which is similar to the fin of the airframe. Also, FEM analysis using plastic option was added to evaluate thermo-mechanical behavior. Thermo-mechanical tests were conducted at elevated temperature and rapid heating(10℃/sec) condition with external loading together. To investigate the effect of heating environment, the strength at room temperature was compared with that of elevated temperature and rapid heating condition. A methodology for test and analysis for supersonic vehicle subjected to aerodynamic loading and heating was generated through the study. These experimental and analysis results can be used for designing thermal resistance structures of the supersonic vehicle.