항공기 체결부위 변형률 측정값과 FEM 해석의 오차율 연구

국문 초록 (Abstract)

항공기 구조물 상세 해석 시, FEM을 이용한 유한 요소 해석법이 널리 쓰이고 있다. 모델은 해석 방법에 따라서 내부 하중 추출 시에는 Coarse Grid FE Model, 내부 하중을 이용해 수계산이 어려울 경우에는 Refine Grid FE Model 및 Detail FEM을 사용한다.
FEM을 이용한 구조물 Sizing이 완료되면 사용된 FEM에 대한 신뢰성이 입증되어야 하는데, 이를 위해 전기체 정적시험을 수행한다. 전기체 정적 시험은 총 24조건으로 구성되며, 본 연구를 위해서 2개 조건을 선정하였다. 각각의 조건은 동체에 양의 방향 또는 음의 방향 최대 수직 굽힘 모멘트를 유발하며 조종실 압력, 연료 탱크 압력, 흡입구 운용압력과 조합된다. 이 시험으로부터 획득된 시험값을 이용하여 FEM의 신뢰성을 입증하기 위해서는 시험값과 예측값의 오차율이 10% 이내라는 것을 확인하여야 한다.
예측값을 10% 이내로 맞춘다는 것은 신뢰성 측면 뿐만 아니라 안전한 시험을 수행하는데 있어서도 중요한 사항이다. 부정확한 예측값으로 시험에 들어가게 되면, 시험체가 유해한 변형이나 파손이 생기는 것을 피할 수 없게 된다.
예측값과 시험값의 오차율을 줄이기 위해서는 어떤 FEM을 사용하는 지가 중요한 요소가 된다. 일반적으로 Refine Grid FE Model을 이용하지만, Strain Gage의 부착 위치에 따라 오차율이 높아지기도 한다. 본 연구의 대상이 되는 Strain Gage는 단면 해석 결과 최소 마진을 가지는 위치에 실제 응력 수준을 측정하기 위해서 설치되었는데 Fastener 사이에 위치해 있다 보니 오차율이 높게 나타나는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 전방동체 Weapon Bay 구역 Beam의 Fastener 체결부 사이에 부착된 Strain Gage 오차율 정도가 FEM Mesh Density 및 Fastener Hole 구현 유무에 따라 어떻게 달라지는 알아보았다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 13
• 1.1 연구 배경 13
• 1.2 연구 목적 및 범위 17
• Ⅱ. 전기체 정적시험 18
• 2.1 시험 목적 및 시험체 형상 18
• 2.2 시험 측정 센서 18
• 2.3 시험 조건 20
• Ⅲ. 시험 결과 21
• 3.1 LC 1543 21
• 3.2 LC 1555 22
• Ⅳ. 시험 결과와 예측값 비교 23
• 4.1 Refine FEM 23
• 4.1.1 Automatic Strain Prediction 23
• 4.1.2 Manual Prediction 26
• 4.2 Detail FEM 28
• 4.2.1 Feature of Detail FEM 28
• 4.2.2 Manual Prediction(Without Fastener Hole) 29
• 4.2.3 Manual Prediction(With Fastener Hole) 33
• Ⅴ. 결론 37
• 참 고 문 헌 39