미시역학적 접근 방법에 의한 복합소재 적층 쉘 구조의 유한요소 변위 및 응력해석

Abstract

본 연구는 복합소재 적층 쉘 구조에 대하여 마이크로 역학 접근방법에 의한 섬유의 함침비율 변화에 따라 탄성계수를 예측하고 매크로 역학 기반으로 정적 거동 특성을 분석하였다. 본 연구에서 제시하는 멀티 스케일 접근법에 의한 유한요소 모델은 해석의 정확성과 재료들 간의 상관관계를 상세하고 정확이 보여준다는 장점이 있다. 수치해석은 적층 갯수, 적층배열, 섬유함침비율의 변화에 따른 최대 변위 및 응력 변화를 분석하는데 중점을 두고 있다. 수치예제로부터 섬유와 모재의 재료비율은 거시적 구조 거동 특성에 중요한 영향을 주고 있음을 알 수 있었다. 본 연구는 변위 및 응력에 영향을 미치는 최적의 섬유와 모재 재료비율을 상세 분석하였으며, 해석 결과는 건설용으로서의 복합소재 기둥구조가 경제적이면서 우수한 구조 성능을 만족하도록 설계하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다. This study carried out finite element deflection and stress analysis of laminated composite shells, which is based on the micro-mechanical approach for different fiber-volume fractions. The finite element (FE) models for composite structures using multi-scale approaches described in this paper is attractive not only because it shows excellent accuracy in analysis but also it shows the effect of the material combination. The FE model is used for studying static behaviors of laminated composite shells for various fiber-volume fractions. In particular, new results reported in this paper are focused on the significant effects of the fiber-volume fraction for various parameters, such as fiber angles, layup sequences, and length-thickness ratios. It may be concluded from this study that the combination effect of fiber and matrix, largely governing the structural performance of composite structures, should not be neglected and thus the optimal combination could be used to design such civil structures.