Finite Element Modelling of Axially Compressed GFRP Cylindrical Panels

축방향으로 압축을 받는 GFRP 원통형 판넬의 유한요소 모델링

In order to promote the efficient use of composite materials, effort is currently being directed at the development of design criteria for composite structures. Insofar as design against buckling is concerned, it is well known that, for metal shells, a key step is the definition of 'knockdown' factors on the elastic critical buckling stress accounting mainly for the influence of initial geometric imperfections. At present, the imperfection sensitivity of composite shells has not been explored in detail. Due to the large number of parameters influencing buckling response (considerably larger than for isotropic shells), a very large number of tests would be needed to quantify imperfection sensitivity experimentally. An alternative approach is to use validated numerical models for this task. Thus, the objective of this paper is to outline the underlying theory used in developing a composite shell element and to present results from a validation exercise and subsequently from a parametric study on axially loaded glass fibre-reinforced plastic (GFRP) curved panels using finite element modelling. Both eigenvalue and incremental analyses are performed, the latter including the effect of initial geometric imperfection shape and amplitude, and the results are used to estimate 'knockdown' factors for such panels.

복합재료를 효과적으로 사용하기 위하여 복합재료 구조물의 설계기준 개발을 위한 연구가 진행되고 있다. 금속 셀의 좌굴에 대한 설계시에는 초기 결함의 영향과 탄성임계좌굴응력을 근거로 한 녹다운계수(Knock-down factor)를 정의하는 것이 중요한 과정이나 복합재료 쉘의 좌굴에 대한 설계시에는 초기 결함에 대한 민감도가 거의 연구되어 있지 않은 실정이다. 복합재료 쉘의 좌굴거동에 영향을 주는 설계변수는 많기 때문에, 쉘의 설계시 이 변수들로 인한 초기 결함 민감도를 분석하기 위하여 많은 실험을 필요로 하고 있으며 실험 이외의 다른 방법으로서는 이미 검증된 수치모델을 사용하는 것이다. 본 논문에서는 복합재료 쉘요소를 개발하는데 사용된 이론을 요약, 정리 하였으며 수치예제를 통하여 본 연구에서 제안한 쉘요소의 정확성을 검증하였다. 그리고 축방향으로 압축을 받는 GFRP 곡선형 판넬의 설계시 고려해야 하는 각 변수들을 다양하게 변화시키면서 좌굴거동에 미치는 영향을 유한요소 모델링에 의해 고찰하였다. 방법으로서 초기 결합 및 두께의 진폭을 고려한 비선형 해석과 고유치 해석을 수행하였으며 이 결과를 이용하여 녹다운 계수를 산출하였다.