개선된 좌굴 설계 기준을 이용한 직교 격자 원통 구조의 최적 구조 설계 및 검증 연구

심창훈; 박재상

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저자정보: 심창훈 (충남대학교) 박재상 (충남대학교)

저널정보: 항공우주시스템공학회 항공우주시스템공학회지 항공우주시스템공학회지 제18권 제5호

발행연도: 2024.10

수록면: 41 - 50 (10page)

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우주 발사체의 추진제 탱크 구조인 직교 격자 원통 구조에 대한 최적 설계 및 검증 연구를 수행하였다. 항공우주 구조의 최적 설계 코드인 Hypersizer가 최적 설계 연구에 사용되었으며, 직교 격자 원통의 구조 중량 최소화를 위한 최적 설계가 수행되었다. 본 연구에서는 서로 다른 값의 KDF (0.40, 0.83, 및 0.92)를 최적 설계에 적용하였고, 이를 통해 3개의 최적 설계 모델이 각각 설계되었다. KDF가 0.40에서 0.83 및 0.92로 증가함에 따라, 직교 격자 원통 구조의 구조 중량이 각각 27.70% 및 30.08% 감소하였다. 이후, ABAQUS의 비선형 후좌굴 해석을 이용하여, 설계 하중 보다 높은 전역 좌굴 하중을 갖는 최적 설계 모델이 구축되었는지 확인하기 위한 검증 연구를 수행하였다. 기하학적 초기 결함은 갖는 최적 설계 모델의 전역 좌굴 하중이 설계 하중 (2,860 kN)에 비해 최소 1.64% 높게 도출되어, 설계 하중을 만족시키는 최적 설계가 적절히 수행됨을 확인하였다.

#Orthogrid-Stiffened Cylinder(직교 격자 원통) #Buckling Knockdown Factor(좌굴 설계 기준) #Optimal Design(최적 설계) #Structural Weight (구조 중량) #Hypersizer(하이퍼사이저)

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L. Brevault, M. Balesdent, and S. Defoort, “Preliminary study on launch vehicle design: applications of multidisciplinary design optimization methodologies,” Concurrent Engineering, vol. 26, no. 1, pp. 93-102, 2018.

V. I. Weingarten, P. Seide, and J. P. Peterson, “Buckling of thin-walled circular cylinders,” NASA SP-8007, 1968.

W. Haynie, M. Hilburger, and M. Bogge, “Validation of lower-bound estimates for compression-loaded cylindrical shells,” Proc. of 53rd AIAA. ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference, 2015.

H. N. R. Wagner, C. Hühne, K. Rohwer, S. Niemann, and M. Wiedemann, “Stimulating the realistic worst case buckling scenario of axially compressed unstiffened cylindrical composite shells,” Composite Structures, vol. 160, pp. 1095-1104, 2017.

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