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인공 신경망을 통한 비원형 섬유를 갖는 단방향 복합재료의 가로방향 물성 거동 예측 및 검증
박신무(Shin-Mu Park),김도원(Do-Won Kim),고명석(Myeong-Seok Go),임재혁(Jae Hyuk Lim) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
탄소섬유강화 플라스틱(CFRP)과 같은 단방향 섬유강화 복합재료의 기계적 물성 평가는 많은 비용과 시간이 드는 다수의 쿠폰 시험이 필요하다. 이는 강화재로 사용된 섬유의 형상, 복합재료 미시구조 상의 배치, 공공이나 결함 같은 불순물 등의 다양한 원인으로 기계적 물성이 매번 다르게 나타나기 때문이다. 그러므로 이러한 직접적인 시험 대신, 전산 균질화 기법(CHS)을 통한 단방향(UD) 복합재료의 기계적 물성을 예측 및 검증하는 연구가 다수 수행되었다. 게다가 최근 컴퓨팅 성능의 비약적인 발전으로 기계 학습 및 인공 신경망(ANN)을 이용한 복합재료의 기계적 물성치 예측이 가능하게 되었다. 본 연구에서는 전산 균질화 기법으로 얻은 입출력 데이터로 훈련된 섬유 형상, 배치 및 방향에 따른 단방향 섬유강화 복합재료의 가로방향 물성치를 예측하는 인공 신경망 모델을 구성한다. Material property evaluation of composite material such as carbon-fiber-reinforced plastic(CFRP) requires a number of coupon tests that need a lot of cost and time. This is because mechanical properties fluctuate due to various causes such as the shape and layout of fibers, impurity such as voids and defects in microstructures. Thus, instead of these direct experimental tests, a number of numerical studies have been conducted to predict and verify the mechanical properties of unidirectional (UD) composite materials through computation homogenization scheme(CHS). Further, recent advances in computing performance have made it possible to predict mechanical properties of composite materials using machine learning and artificial neural networks(ANN). In this work, we construct the ANN model that predicts transverse mechanical properties of UD composite according to fiber shape, layout, and orientation by training with input and output dataset obtained by CHS.
인장하중을 받는 복합재료 도브테일 요소의 점진적인 파손해석
박신무 ( Shin-mu Park ),노홍균 ( Hong-kyun Noh ),임재혁 ( Jae Hyuk Lim ),최윤혁 ( Yun-hyuk Choi ) 한국복합재료학회 2021 Composites research Vol.34 No.6
본 연구에서는 복합재료 팬 블레이드 도브테일 요소의 인장하중에 따른 점진적 파손거동을 유한요소 시뮬레이션을 통한 수치적 연구를 수행하고, 인장시험을 통하여 정확도를 검증한다. 도브테일 요소는 터보 팬 엔진의 팬 블레이드를 디스크와 결합시키는 조인트의 하나로, 통상 티타늄 등의 금속 재료로 제작되나 경량화 등의 이유로 복합재료의 적용이 연구되고 있다. 하지만 복합재료를 이용한 팬 블레이드 제조과정에서 드롭오프 플라이 (Drop-off ply), 수지 포켓(resin pocket) 등의 제조 결함이 필연적으로 발생한다. 이러한 제조 결함이 복합재료 팬 블레이드 도브테일 요소에 미치는 영향을 확인하기 위해 유한요소모델을 이용한 수치해석을 수행하여 예측 결과와 인장시험 결과를 비교 분석한다. 이때 층간분리(delamination) 거동을 모사 가능한 응집영역 모델을 적용하였다. 결론적으로, 열 잔류응력 및 두께방향 압축하중에 의한 계면 물성 강화 효과를 고려하여 유한요소 해석결과와 시험결과 간의 높은 상사성을 얻을 수 있었다. In this study, the progressive failure behavior of the composite fan blade dovetail element under tensile loading is numerically investigated through finite element(FE) simulation. The accuracy of prediction by FE simulation is verified through tensile testing. The dovetail element is one of the joints for coupling the fan blade with the disk in a turbofan engine. The dovetail element is usually made of a metal material such as titanium, but the application of composite material is being studied for weight reduction reasons. However, manufacturing defects such as drop-off ply and resin pocket inevitably occur in realizing complex shapes of the fan blade made by composite materials. To investigate the effect of these manufacturing defects on the composite fan blade dovetail element, we performed numerical simulation with FE model to compare the prediction of the FE model and the tensile test results. At this time, the cohesive zone model is used to simulate the delamination behavior. Finally, we found that FE simulation results agree with test results when considering thermal residual stress and through-thickness compression enhancement effect.
인공위성 탑재품의 환경 스트레스 스크리닝을 위한 열환경시험 테일러링 연구동향 분석
성아정(Ah-Jeong Seong),박신무(Shin-Mu Park),오현웅(Hyun-Ung Oh),이균호(Kyun Ho Lee),임재혁(Jae Hyuk Lim) 항공우주시스템공학회 2024 항공우주시스템공학회지 Vol.18 No.4
본 연구에서는 인공위성 구성품 개발에 사용되는 열환경시험의 목적, 태동 및 역사에 관해 살펴본다. 개발모델에 따라 달라지는 온도마진, 주기 수 등 열진공시험, 열주기시험과 관련된 변수를 정확하게 이해하고 NASA, ESA, MIL 규격 등에 기술된 규격을 분석한다. 또한 최근 큐브위성과 초소형위성에 대한 관심이 고조됨에 따라, 인공위성 개발사업의 예산과 기간에 맞는 테일러링에 대한 연구동향을 파악하고자 한다. In this study, we explore the purpose, origin, and history of thermal testing in the development of artificial satellite components. We seek to understand precisely the test variables associated with thermal vacuum and thermal cycle tests, including temperature margins and cycle counts, which may differ according to the development model. We analyze specifications detailed in standards from NASA, ESA, MIL, and others. Furthermore, given the recent surge in interest in CubeSats and nanosatellites, this paper aims to identify research trends in customizing satellite development projects according to their budget and duration.