통계적 유한요소모델을 이용한 발포된 금속기지 복합재료의 인장특성

전성식 ( Seong Sik Cheon ) 한국복합재료학회 2004 Composites research Vol.17 No.2

본 연구에서는 폐쇄형 발포금속의 인장 특성을 이해하기 위하여 수정된 단위모델을 제시하였다. 또한 발포금속의 밀도는 가우스 분포에 의거하여 확률적으로 분포한다고 가정하고 본 연구에서 제시된 수정 단위 모델을 조합하여 유한요소 모델을 제안하였다. 이 모델은 실제 인장 시험과 유사한 변형거동을 보이는 것을 확인하였고, 적절한 밀도 분포와 내부 기공을 고려하게 되면, 해석에서 구해진 최대 인장 강도가 근사적으로 실험결과와 일치하는 것을 볼 수 있었다. 또한, 발포 알루미늄의 최대 인장 강도는 밀도 분포의 표준편차보다는 내부 기공 부피분율에 더 민감하게 변하는 것으로 밝혀졌다. In this paper, a modified and representative unit cell model was employed to study the tensile behaviour of closed-cell metallic foams with varying spatial density distribution as well as material imperfections. The density variation was assumed to follow a statistical probability distribution of the Gaussian type. A multiple cell finite element model, utilising the modified unit cell, was developed. The model exhibits deformation patterns similar to those observed in tensile testing. The nominal stress-strain curve obtained from quasistatic tensile of the foam was compared with experimental findings and was found to be in good agreement in the scheme of maximum strength only if the appropriate density distribution and volume fraction of internal imperfections are taken into account. Moreover, maximum tensile strength of the aluminium foam was found to be more sensitive to the volume fraction of imperfection than standard deviation of the density.

머신 러닝 기법을 이용한 PIC 범퍼 빔 설계 방법

함석우,지승민,전성식,Ham, Seokwoo,Ji, Seungmin,Cheon, Seong S. 한국복합재료학회 2022 Composites research Vol.35 No.5

In this study, the PIC design method with machine learning that automatically assigning different stacking sequences according to loading types was applied bumper beam. The input value and labels of the training data for applying machine learning were defined as coordinates and loading types of reference elements that are part of the total elements, respectively. In order to compare the 2D and 3D implementation method, which are methods of representing coordinate value, training data were generated, and machine learning models were trained with each method. The 2D implementation method is divided FE model into each face and generating learning data and training machine learning models accordingly. The 3D implementation method is training one machine learning model by generating training data from the entire finite element model. The hyperparameter were tuned to optimal values through the Bayesian algorithm, and the k-NN classification method showed the highest prediction rate and AUC-ROC among the tuned models. The 3D implementation method revealed higher performance than the 2D implementation method. The loading type data predicted through the machine learning model were mapped to the finite element model and comparatively verified through FE analysis. It was found that 3D implementation PIC bumper beam was superior to 2D implementation and uni-stacking sequence composite bumper.

적층각도에 따른 단방향 CFRP에서의 중앙 크랙의 파괴 거동에 관한 연구

박재웅 ( Jae-woong Park ),전성식 ( Seong-sik Cheon ),조재웅 ( Jae-ung Cho ) 한국복합재료학회 2016 Composites research Vol.29 No.6

경량화 소재 중 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)는 카본 섬유를 이용한 섬유구조물이다. 카본과 플라스틱의 특성을 갖는 복합소재이다. 섬유구조는 섬유방향으로 큰 강도를 갖는다. 이러한 경량 소재인 CFRP로 가장 많이 사용되는 것은 직조된 CFRP이다. 직조된 CFRP는 단방향 CFRP에 비하여 구조가 안정적이기 때문이다. 단직조된 CFRP는 고가이다. 따라서 본 연구는 단방향 CFRP의 섬유 구조 특성을 파악하고자 하였다. 본 연구에서는 적층각도 [0/X/-X/0]로 X를 변수로 갖는다. X의 각도 위상이 반전되어 적층된 단방향 CFRP이다. 이러한 단방향 CFRP를 이용하여 중앙 크랙을 갖는 두께 2 mm 판재 형태의 해석 모델을 이용하였다. 해석에서는 핀으로 연결된 상부와 하부에서 하중이 가해지고 있으며 중앙 크랙부분에서 파단을 연구한다. 해석 모델은 CATIA를 이용한 3D Surface 모델로 설계하였다. CFRP 적층을 위해, ANSYS프로그램에서 ACP를 이용한 적층 방향을 결정하여 2개의 적층들을 갖는 해석 모델을 만들었다. 이후 구조해석을 진행하였다. Carbon fiber reinforced plastic (CFRP), one of lightweight materials, is the fiber structure using carbon fiber. It is the composite material that has the characteristics of carbon and plastic. As for the fiber structure, it has the great strength due to fiber direction. CFRP for woven type is used mostly as such a CFRP with lightweight. Woven type is more stable when compared with unidirectional type. On the other hand, woven type is highly priced. Therefore, this study aims to analyze the fiber structure of unidirectional CFRP. In this study, as the stacking angle [0/ X/-X/0], X is the variable. This is unidirectional CFRP in which the angle phase of X has been reversed and stacked. By using such a unidirectional CFRP, the analysis model which had a crack at the center as the form of panel with the thickness of 2 mm was used. On analysis, the load is applied on the upper and lower parts being connected with a pin. The damage in the area near center crack was investigated. As for the analysis model, 3D surface model was designed by using CATIA. For CFRP stacking, the stacking direction was determined by using ACP in ANSYS program and the analysis model with two stacks was made. Afterwards, the structural analysis was carried out.

동일 충격 에너지 조건하에서 다공질 고분자의 충격거동에 관한 연구

정광영 ( Kwang Young Jeong ),전성식 ( Seong Sik Cheon ) 韓國複合材料學會 2009 Composites research Vol.22 No.4

변형률 속도가 고려된 발포 폴리프로필렌의 구성방정식

김한국 ( Han Kook Kim ),전성식 ( Seong S Cheon ) 한국복합재료학회 2014 Composites research Vol.27 No.4

본 논문에서는 Kim 등[7]이 제시한 4가지의 다른 밀도를 갖는 원통형 시험편으로한 EPP(Expanded polypropylene) 의 준정적(Quasi-static test) 및 충격 시험(Impact test) DB를 바탕으로 Jeong 등[12]이 제시한 폴리우레탄(Polyurethane) 에 대한 구성방정식을 EPP 폼에 대하여 다시 정의 하여 충격량-운동량 이론을 접목시켜 새로운 구성방정식을 제안하기위한 DB 구축을 목표로 하였다. The purpose of this paper is to build DB in order to Propose new constitutive equations by redefining constitutive equations for Polyurethane presented by Jeong et al. [12] based on Quasi-static test and Impact test DB of Expanded polypropylene using cylindrical specimens with 4 different densities presentsd by Kim et al. [7] for EPP foam and combining the impulse-momentum theory.

발포 알루미늄으로 된 경사진 이중외팔보 시험편의 접착면에서의 전단 실험 및 시뮬레이션 해석

손홍붕 ( Hong Peng Sun ),전성식 ( Seong S. Cheon ),조재웅 ( Jae Ung Cho ) 한국복합재료학회 2014 Composites research Vol.27 No.6

본 연구에서는 발포 알루미늄으로 구성된 접착 구조물에서의 접합면에 대한 파괴 특성을 조사하기 위하여 각도를 변수로 정하고 TDCB 시험편을 설계하였다. 이 시험편들은 길이는 200 mm이고 시험편에 대한 접착면의 경사 각도는 6°, 8°, 10°와 12°인 네 가지로 모델링을 하였다. 이 시험편들의 실험 및 해석을 분석한 결과, 경사면각도가 6°, 8°, 10°와 12°인 경우에 시험편들의 최대 하중은 각각 약 120 N, 137 N, 154 N과 171 N으로 발생하였다. 해석의 결과 값이 실험치에 가까워져 많은 차이를 보이지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서 이와 같은 연구 방법을응용하여 실험 대신 시뮬레이션을 통하여 접착제로 접착된 알루미늄 폼으로 된 재료의 전단 거동에 관한 물성치를 효율적으로 파악할 수 있다고 사료된다. In this study, tapered double cantilever beam specimens are designed with the variable of angle toinvestigate the fracture property at the bonded surface of adjoint structure. These specimens are made with four kindsof models as the length of 200 mm and the slanted angles of bonded surfaces on specimens of 6°, 8°, 10° and 12°. Byinvestigating experiment and analysis result of these specimens, the maximum loads are happened at 120 N, 137 N,154 N and 171 N respectively in cases of the specimens with slanted angles of 6°, 8°, 10° and 12°. As the analysisresult approach the experimental value, it is confirmed to have no much difference with the values of experiment andanalysis. It is thought that the material property can be investigated effectively on shear behavior of the materialcomposed of aluminum foam bonded with adhesive through simulation instead of experiment by applying this studymethod.

Self-piercing rivet 접합 공정의 수치 해석적 평가

김대영(Dae Young Kim),전성식(Seong S. Cheon) 한국자동차공학회 2015 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2015 No.11

A Study on the Fracture Characteristics of Structural Adhesives according to the Shape of Double and Tapered Double Cantilever Beams Using the Finite Element Method

김재원(Jae-Won Kim),전성식(Seong-Sik Cheon),류성기(Sung-Ki Lyu),조재웅(Jae-Ung Cho) Korean Society for Precision Engineering 2019 한국정밀공학회지 Vol.36 No.12

발포재가 내장된 직조 탄소섬유 샌드위치 구조의 미소 유한요소 모델링에 관한 연구

장승환(Seung Hwan Chang),전성식(Seong Sik Cheon) 대한기계학회 2005 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2005 No.5

In this paper, a modified unit cell model was employed to characterise the mechanical behaviors of the metallic foam, which can be used for the core material of sandwich structures. Also, a representative unit volume (RUV) FE model was introduced to simulate thermoforming process of carbon fabric-metallic foam sandwich structures. Thermoforming simulations, which capture crimp angles and amplitude changes of carbon fabric with respect to different operational pressure were conducted with the help of RUV FE model. Changed shapes of tow structure after thermoforming were rigorously reflected in the two dimensional models to determine mechanical properties of skin parts, i.e. carbon fabric composites after thermoforming.

Quantum annealing을 통한 hybrid composite의 두께 방향 열전도 특성 개선

조성욱 ( Sung Wook Cho ),전성식 ( Seong S. Cheon ) 한국복합재료학회 2024 Composites research Vol.37 No.3

본 연구에서는 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)에 얇은 구리 필름(Cu film)이 배치된 hybrid composite이 제안되었으며, 두께 방향 열전도도가 최대가 될 수 있는 Cu film 배치 조합을 도출하는데 양자 어닐링(Quantum Annealing)이 적용되었다. CFRP의 각 ply와 Cu film간의 상관관계 분석이 유한요소 해석을 통해 수행되었으며, 수행된 결과를 바탕으로 조합 최적화 문제가 정의되었다. 정의된 문제를 양자 어닐링에 임베딩하기 위한 공식화 과정이 진행되었으며 이를 통해 CFRP의 각 ply에 투입될 수 있는 Cu film 수량에 관한 목적함수와 제약조건이 수식으로 구현되었다. 공식화된 수식은 D-Wave 양자 어닐러에 임베딩되기 위해 Ocean SDK(software development kit)와 Leap을 통해 프로그래밍 되었으며, 양자 어닐링 과정을 통해 두께 방향 열전도도가 최대를 만족하는 최적의 Cu film 배치 조합이 도출되었다. 도출된 배치 조합은 투입될 수 있는 Cu film의 수량이 적어질수록 단순한 배치 형태를 나타내었으며, 수량이 많아질수록 세밀한 배치를 보였다. Cu film의 배치 수량에 따라 생성된 최적 조합들은 두께 방향으로의 고유 열전도 경로를 나타내었으며, Cu film의 횡방향 배치 자유도가 두께 방향 열전도도 결과에 민감하게 나타날 수 있음을 보였다. This study proposes a hybrid composite where a thin copper film (Cu film) is embedded in carbon fiber reinforced plastic (CFRP), and quantum annealing is applied to derive the combination of Cu film placement that maximizes the through-thickness thermal conductivity. The correlation between each ply of CFRP and the Cu film is analyzed through finite element analysis, and based on the results, a combination optimization problem is formulated. A formalization process is conducted to embed the defined problem into quantum annealing, resulting in the formulation of objective functions and constraints regarding the quantity of Cu films that can be inserted into each ply of CFRP. The formulated equations are programmed using Ocean SDK (Software Development Kit) and Leap to be embedded into D-Wave quantum annealer. Through the quantum annealing process, the optimal arrangement of Cu films that satisfies the maximum through-thickness thermal conductivity is determined. The resulting arrangements exhibit simpler patterns as the quantity of insertable Cu films decreases, while more intricate arrangements are observed as the quantity increases. The optimal combinations generated according to the quantity of Cu film placement illustrate the inherent thermal conductivity pathways in the thickness direction, indicating that the transverse placement freedom of the Cu film can significantly affect the results of through-thickness thermal conductivity.