KSLV-1 킥모터지지부 콘 구조물 구조 해석

안재모(Jae-Mo An),김광수(Kwang-Soo Kim),장영순(Young-Soon Jang),이영무(Yeong-Moo Yi) 한국항공우주연구원 2006 항공우주기술 Vol.5 No.2

본 연구에서는 KSLV-1 2단 킥모터를 지지하는 구조물인 킥모터지지부의 콘 구조물에 대한 구조 해석을 수행하였다. 킥모터지지부는 콘 구조물외에 트러스 구조물로 구성되어 있으며, 킥모터로부터 발생하는 하중은 콘 구조물이 지지하게 된다. 킥모터로부터 발생하는 하중은 1단 추력 시 관성으로 인해 발생하는 인장 하중과 2단 킥모터 추력 시 발생하는 압축 하중이며 비행 자세에 따른 전단 하중과 굽힘 하중이 있다. 본 연구에서는 콘 구조물에 부가될 수 있는 여러 가지 하중 조건에 대하여 해석을 수행하였으며, 압력 배출에 유무에 따른 구조 해석도 수행하였다. 등가 하중 기준으로 킥모터 추력으로 발생되는 둥가 압축 하중보다 관성으로 인해 발생하는 등가 인장 하중이 더욱 크고 구조 해석 결과 역시 안전 여유 계수가 작게 나왔다. In this study, structural analysis is executed about cone structure of KSLV-1 2nd stage KMS(kick motor support structure) which is designed for support the load developed from 2nd stage kick motor. KMS is consisted of cone structure and truss structure which is designed for supporting load developed from 2nd stage payload. Applied loads to cone structure are tension load by inertia developed from kick motor and compression load developed from kick motor. Also, shear and bending load are developed according to flight condition. In this study, structural analysis of cone structure is executed under several load condition which may be applied to cone structure. Also, structural analysis with two finite element model is performed according to pressure vent scheme. In result of structural analysis, critical load condition is equivalent tension load with cut-out.

독립적으로 모델링된 유한요소 부분구조물 시스템의 통합 연계해석을 위한 이동최소자승 경계접합법의 개발

안재모(Jae Mo An),송유미(You Me Song),최동환(Dong Whan Choi),조진연(Jin Yeon Cho) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.10

본 논문에서는 독립적으로 모델링되어 절점 불일치 경계면이 존재하는 유한요소 부분 구조물들로 구성된 복합 구조시스템의 통합적인 연계해석을 위해 이동최소자승 경계접합법을 제안한다. 제안된 이론을 합성함수 구성 및 근사화 과정을 통해 설명하고, 새로 제안된 경계접합법의 타당성, 수렴성 및 효율성을 고찰하기 위해 각종 수치실험을 수행한다. 패치 테스트, 수렴성 조사를 통해 제안된 이론의 타당성을 보이고, 각종 통합 연계해석 수치예제를 통해 격자 재생성이나 추가적 미지수의 도입이 필요 없는 이동최소자승 경계접합법의 실제적 효율성을 입증한다. In this paper, a novel moving least squares interface welding method is proposed to carry out the coupled analysis of whole model composed of independently modeled finite element substructures with nodal mismatching interfaces. To verify the validity, and efficiency of the proposed interface welding method, various numerical examples are worked out including patch tests, convergence tests, and examples of coupled analyses of the structural systems with mismatching substructures. From the numerical tests, it is confirmed that one can efficiently carry out the coupled analysis of whole model composed of mismatching finite element substructures through the proposed method without any remeshing or any additional unknown.

KSLV-I 상단부 카울 설계 및 구조 해석

안재모(Jae-Mo An),김광수(Kwang-Soo Kim),장영순(Young-Soon Jang) 한국항공우주연구원 2007 항공우주기술 Vol.6 No.2

현재 개발 중인 KSLV-I은 2단으로 구성된 발사체이며, 1/2단은 어댑터 링을 사용하여 연결한다. 단 조립 후에 1/2단 통신을 위해 사용되는 케이블은 외부로 노출된다. 또한 1/2단 분리를 위하여 어댑터 링에 장착되는 8개의 파이로 볼트도 외부로 노출된다. 이처럼 외부로 노출되는 케이블이나 작동 시 파편 및 충격으로 인한 피해가 우려되는 부분에는 부품과 구조물을 보호하기 위해 일반적으로 카울을 사용하고 있다. KSLV-I에서는 용도에 따라 2종의 카울(엄비리컬 카울, 파이로 볼트 카울)을 설계하였다. 카울은 외부로 노출되었기 때문에 공기 유동으로 발생되는 열과 압력 하중을 받게 된다. 따라서 카울은 열과 압력 하중에 대한 구조 강도를 해석을 통하여 검증하여야 한다. 본 연구에서는 열 하중을 제외한 압력 하중에 대한 구조 해석을 수행하였다. 구조 해석 결과 파이로 볼트 카울은 구조해석 결과로부터 구조 강도면에서 안전함을 확인하였지만, 엄비리컬 카울의 경우 주어진 압력하중으로 인해 파손됨을 확인하였다. 하중 조건을 만족시킬 수 있도록 엄비리컬의 카울의 형상을 변경하였으며 추가적으로 구조 해석을 수행하여 하중 조건을 만족함을 확인하였다. KSLV-I which is being developed in KARI is composed with two stages, and adaptor ring is used for coupling stage. Cables for interconnecting between stage is exposed on the outside. Also 8 pyro bolts which are installed in adaptor ring are used for separation of stage. In general, cowl is used for protecting exposed parts or structure which are anxious about damage from outer environment. In KSLV-I, two kind of cowls are designed. The one is umbilical cowl, and the other is pyro bolt cowl. Because cowl is exposed on the outside, heat and pressure load developed from air have effect on cowls. Therefore verification of structural strength through static analysis is required. In this study, static analysis in load condition except heat load is accomplished. In result of analysis, structural strength of pyro bolt cowl is verified. But breakage of umbilical cowl is confirmed in pressure load condition. So design of umbilical cowl is modified for satisfying required structural strength. And structural strength of umbilical cowl through analysis is verified.

일방향 복합재료 Single Lap접합 조인트의 파손 모드 및 강도 I. 실험

김광수,유재석,안재모,장영순,Kim Kwang-Soo,Yoo Jae-Seok,An Jae-Mo,Jang Young-Soon 한국복합재료학회 2004 Composites research Vol.17 No.6

본 연구에서는 몇 가지 접합 방법에 따라 일방향 복합재료 단일 겹치기 접합 조인트의 파손 과정, 모드 및 강도를 실험적으로 평가하였다 접합 방법으로는 접착제 없는 동시성형, 접착제를 사용한 동시성형 및 이차 접합의 세 가지를 고려하였다 또한 이차 접합 조인트에서 몇 가지 파라미터의 영향도 살펴보았다. 접착제 없는 동시성형 시편은 가장 우수한 조인트 강도를 나타내었다. 이차접합 조인트에서는 접착제 층의 점진적인 파손이 발생하였다. 접착제의 재료 및 접합 강도가 상대적으로 강한 필름 접착제의 동시성형 조인트는 갑작스런 층간분리 파손이 발생하였으며 이차 접합 조인트보다 더 낮은 파손 강도를 나타내었다. 이차 집합 조인트에서 층간분리 파손이 발생하지 않은 것은 접착제 층에서의 균열 진전 및 점진적 파손이 층간분리 파손을 방지한 것으로 보인다. 따라서 복합재료 접합 조인트의 파손 강도는 접착제의 재료 강도 또는 접착 성능과 항상 비례하지 않으며 이것은 복합재료가 층간 분리 파손에 약하기 때문이다. Failure process, mode and strength of unidirectional composite single lap bonded joints were investigated experimentally with respect to bonding methods, those are, co-curing with and without adhesive and secondary bonding. The co-cured joint specimens without adhesive had the largest failure strength. Progressive failures along the adhesive layer occurred in the secondary bonded specimens. In the co-cured specimens with adhesive film which had better material strength and adhesion performance, delamination failure occurred and the joint strengths were less than those of secondary bonded specimens. Delamination failure did not occur in the secondary bonded specimens because of earlier crack growth and progressive failure in the adhesive layer. Therefore, failure strength of composite bonded Joints were not always proportionate to material strength and adhesion performance of the adhesive due to the weakness of delamination in composite materials. The effects of surface roughness, bondline thickness and fillets were also studied on secondary bonded specimens.

복합재료 스킨-보강재 접합 시편의 파손 특성에 대한 시험 연구

김광수 ( Kwang Soo Kim ),안재모 ( Jae Mo An ),장영순 ( Young Soon Jang ),이영무 ( Yeong Moo Yi ) 韓國複合材料學會 2007 Composites research Vol.20 No.6

복합재 샌드위치 구조의 인써트 조인트의 강도 향상

김광수(Kwang-Soo Kim),안재모(Jae-Mo An),장영순(Young-Soon Jang),이영무(Yeong-Moo Yi) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.1

본 연구에서는 새롭게 개발된 “강도 향상 인써트”에 대해 조인트 시편을 제작하여 Pull-out 및 전단시험을 수행하여 보통 인써트의 조인트 강도와 비교하고 그 파손 특성을 조사하였다. 이를 통해 새로운 인써트에 대한 성능을 확인하였다. 시험 결과, 새로운 “강도 향상 인써트”는 기존의 보통 인써트에 비해 Pull-out 강도는 2.1배, 전단강도는 2.04배 향상되는 것을 확인하였다. 따라서 향후 높은 인써트 강도를 요구하는 구조에 유용하게 사용될 수 있을 것이다. In this study, joint strength and failure characteristics were experimentally examined with pull-out and shear specimens in which new designed high strength insert was applied. The performance of the new insert was compared with typical insert design. The experimental results showed that the high strength insert had the joint strengths of 2.1 times in the pull-out specimens and 2.04 times in the shear specimen compared with typical insert joints. Therefore, the new developed high strength insert will be usefully used in the aerospace structure.

복합재료 특성 평가 1 : 복합재 보강패널의 분리파손 및 좌굴 후 강도 특성

김광수 ( Kwang Soo Kim ),유재석 ( Jae Seok Yoo ),안재모 ( Jae Mo An ),장영순 ( Young Soon Jang ),이영무 ( Yeong Moo Yi ) 한국복합재료학회 2005 한국복합재료학회 학술발표대회 논문집 Vol.- No.1

복합재 보강패널의 좌굴 후 파손 특성

김광수(Kwang-Soo Kim),유재석(Jae-Seok Yoo),안재모(Jae-Mo An),장영순(Young-Soon Jang),이영무(Yeong-Moo Yi) 한국항공우주학회 2006 韓國航空宇宙學會誌 Vol.34 No.3

접합방법이 다른 6가지 종류의 복합재 보강패널을 제작하고 압축시험을 수행하였다 모든 패널은 좌굴 및 좌굴 후 거동에서 스킨과 보강재의 분리 파손이 발생하기 전까지는 비슷한 거동 특성을 나타내었다. 분리 파손은 스킨 좌굴 지점과 인접한 보강재 플랜지에서 발생하였으며 분리 파손의 발생 하중, 분리 파손 진전 특성 및 최종 파손 하중은 스킨과 보강재의 접합방법 및 보강재 형상에 따라 다르게 나타났다. 스킨과 보강재의 분리 파손이 일찍 발생하고 크게 전파될수록 보강 패널의 최종 파손 강도 및 구조 효율이 더 많이 저하되었다. Six types of hat stiffened composite panels were manufactured with different bonding methods and stiffener section shapes and compression testing of these panels were performed. The panels showed similar behaviors in bucking and postbuckling region before a skin-stiffener separation failure occurred. Although all the separation failures occurred at the same locations of stiffener flanges close by skin buckling-crests, the separation loads, separation failure growth behaviors and final collapse loads were different with respect to bonding methods and stiffener section shapes. As the separation failure initiated early and propagated larger area, collapse loads and structural efficiency of the panels decreased.

일방향 복합재료 Single Lap 접합 조인트의 파손 모드 및 강도 1. 실험

김광수 ( Kwang Soo Kim ),유재석 ( Jae Seok Yoo ),안재모 ( Jae Mo An ),장영순 ( Young Soon Jang ) 한국복합재료학회 2004 Composites research Vol.17 No.6

한국형발사체 2단부분체 구조정적시험치구 기본설계

김성찬(Sungchan Kim),김현기(Hyun-Ki Kim),우대현(Dae Hyun Woo),박일경(Ill kyung Park),김태욱(Tae-uk Kim),안재모(Jae Mo An) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회 학술대회 Vol.2015 No.1

본 논문에서는 한국형발사체 2단에 대한 부분체 구조 시험치구의 기본설계 결과를 표현하고 있다. 단일하중 100톤, 최대 500톤 규모의 강도 및 강성시험을 수행할 수 있도록 설계되었고, 시험체 접근성과 Setup 편리성 극대를 위한 Handling Device가 설치되었다. 기본설계를 통해 개발된 기술은 하중의 일정분포를 유지하는 상/하부 하중부가장치 기술와 복합하중 및 중량보상장치, 시험장비 구성설계와 시험체 안전장치 기술이다. 본 기본설계 결과는 시험수행을 통해 유효성이 확인될 것을 기대한다.