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곡면형 비대칭 압전복합재료 작동기 LIPCA의 설계해석/제작/성능평가
구남서,신석준,박훈철,윤광준,Gu, Nam-Seo,Sin, Seok-Jun,Park, Hun-Cheol,Yun, Gwang-Jun 대한기계학회 2001 大韓機械學會論文集A Vol.25 No.10
This paper is concerned with design, manufacturing and performance test of LIPCA ( Lightweight Piezo- composite Curved Actuator) using a top carbon fiber composite layer with near -zero CTE(coefficient of thermal expansion), a middle PZT ceramic wafer and a bottom glass/epoxy layer with high CTE. The main point of this design is to replace the heavy metal layers of THUNDER by thigh tweight fiber reinforced plastic layers without losing capabilities to generate high force and large displacement. It is possible to save weight up to about 30% if we replace the metallic backing material by the light fiber composite layer. We can also have design flexibility by selecting the fiber direction and the size of prepreg layers. In addition to the lightweight advantage and design flexibility, the proposed device can be manufactured without adhesive layers when we use epoxy resin prepreg system. Glass/epoxy prepregs, a ceramic wafer with electrode surfaces, and a graphite/epoxy prepreg were simply stacked and cured at an elevated temperature (177 $^{circ}C$ after following an autoclave bagging process. It was found that the manufactured composite laminate device had a sufficient curvature after detached from a flat mold. The analysis method of the cure curvature of LIPCA using the classical lamination theory is presented. The predicted curvatures are fairly in agreement with the experimental ones. In order to investigate the merits of LIPCA, a performance test of both LIPCA and THUNDE$^{TM}$ were conducted under the same boundary conditions. From the experimental actuation tests, it was observed that the developed actuator could generate larger actuation displacement than THUNDERT$^{TM}$.
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등가 물성을 이용한 두꺼운 복합재 로터 허브 시스템의 구조 해석
임상민 ( Im Sang Min ),이상기 ( Lee Sang Gi ),박훈철 ( Park Hun Cheol ),윤광준 ( Yun Gwang Jun ),이명규 ( Lee Myeong Gyu ),김덕관 ( Kim Deog Gwan ),홍단비 ( Hong Dan Bi ),( Yanti Rachmadini ) 한국복합재료학회 2003 Composites research Vol.16 No.5
두꺼운 복합재료 구조물의 유한 요소 모델링은 상당히 복잡하다. 일반적인 2차원 유한요소로 모델링 하면 3차원 응력의 영향을 받는 두꺼운 복합재료 구조물의 정확한 해석이 곤란하다. 그러므로 3차원 모델링을 할 수밖에 없으나 이 또한 구조물의 모든 층이 다른 재료 물성치와 다른 적층방향으로 적층되는 경우에는 모델링이 어렵다. 이 논문에서는 등가 물성 모델링 기법을 제안하고, 두꺼운 복합재료 구조물 해석에 수치적 실험을 하였다. 재료와 적층 방향이 같은 층을 그룹화하여 두께 방향의 요소 수를 현저히 감소시켰지만 결과는 상세한 유한요소 모델로 계산한 결과와 충분히 근접했다. 해석과 모델링에는 MSC/NASTRAN과 PATRAN을 사용하였다. 제안된 모델링 기법은 한국항공우주연구원(KARI)에서 설계된 복합재료 로터 허브 시스템 해석에 적용되었다. 제안된 등가 모델링 기술을 이용하여, 쉬운 모델링과 계산시간을 감소시키면서 허브 시스템의 응력 해석과 각 부분의 안전 계수 점검을 수행하였다. Modeling of thick composite structures for finite element analysis is relatively complicated. 2-D plane elements may cause inaccurate result since the plane stress condition cannot be applicable in these structures. Therefore a 3-D modeling should he used. However, the difficulty to model all the layers with different material properties and ply orientation arise in this case. In this paper. an equivalent moduling is proposed and numerically tested for analysis of thick composite structures. By grouping layers with same material and ply orientation. number of elements through the thickness is remarkably reduced and still the result is close enough 10 the one from a detail finite element model. MSCINASTRAN and PATRAN are used for the analysis. The proposed modeling technique has been applied for analysis of composite rotor huh system designed by Korea Aerospace Research Institute(KAR1). Using the proposed equivalent modeling technique. we could conduct stress analysis for the hub system and check the safety factor of each part.
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