• Structural Engineering and Mechanics
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• 제88권4호
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• pp.369-377
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• 2023

In this study, previously developed algorithm is used for Optimization of hybrid composite plates using Tsai-Wu criteria. For the stress-based Design Optimization problems, Von-Mises stress uses as design variable for isotropic materials. Maximum stress, maximum strain, Tsai Hill, and Tsai-Wu criteria are generally used to determine failure of composite materials. In this study, failure index value is used as design variable in the optimization algorithm and Tsai-Wu criteria is utilized to calculate this value. In the analyses, commonly used design domains according to different hybrid orientations are optimized and results are presented. When the optimization algorithm was applied, 50% material reduction was obtained without exceeding allowable failure index value.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제18권3호
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• pp.219-226
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• 2005

본 연구에서는 휠체어의 경량화를 위해 기존의 강관으로 제작된 휠체어를 피로파괴 및 손상에 강하고 방진 특성이 우수하며 유지 및 보수가 용이한 복합재료 중공빔으로 구성된 복합재료 휠체어로 대체하기 위하여 복합재료 중공빔 이론과 유전자 알고리즘을 적용하여 최적화된 등가 강성을 가지는 복합재료 중공빔의 최적의 단면 치수를 제시하였다. 제시한 최적의 단면치수를 가지는 복합재료 중공빔으로 구성된 휠체어 전체 구조에 Tsai-Wu 파손이론을 이용해 과하중이 가해지는 경우에 대하여 구조해석을 수행한 결과, 휠체어의 파손 유무를 나타내는 Makimum Tsai-Wu Failure Criteria Index가 파손이 발생하는 1.00보다 현저히 낮은 $0.192\times10^{-3}$을 나타내고 있음을 알 수 있었다. 또한 기존의 강관을 동일한 강성을 가지는 복합재료 증공빔으로 대체하였을 경우 중공빔 중량을 최대 45%감소하는 효과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국융합학회논문지
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• 제10권5호
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• pp.165-171
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• 2019

오늘날 공학과 기술은 스포츠 분야에 많은 영향을 미치고 있다. 스포츠의 속성인 경쟁은 스포츠선수 뿐만이 아니라 스포츠용품에 있어서도 보다 높은 성능을 요구하게 된다. 특히 모터스포츠분야는 성능과 안전이라는 측면에서 오래전부터 스포츠와 기술의 융합이 자연스럽게 이루어지고 있다. 본 연구에서는 모터스포츠와 일반 자동차튜닝 시장을 겨냥한 카본 버킷 시트(Bucket seat)의 개발을 위하여 유한요소해석을 통해 구조강도 평가를 시행하였다. FIA($F\acute{e}d\acute{e}ration$ Internationale de l'Automobile)의 규정을 기본 설계와 강도평가에 적용하였으며, 복합소재의 특성을 고려한 유한요소 모델링과 CFRP 라미네이트(Carbon Fiber Reinforced Plastic Laminate)의 적층각도와 적층수에 따른 시트의 강도를 Tsai-Wu Failure index를 구하여 평가하였다. 해석 결과 3mm의 폼코어를 적용한 $[0^{\circ}/30^{\circ}/60^{\circ}/90^{\circ}/-30^{\circ}/-60^{\circ}]_4$인 적층이 다른 실험조합에 비하여 무게와 강도 면에서 만족할 만한 성능을 나타내고 있어 최적 적층으로 선정하였다.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제22권2호
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• pp.147-154
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• 2019

Recently as flat display panels are getting narrower, TV wall mounts also become slimmer for interior design issue. In this study CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) was used for TV wall mount to satisfy slim arm design along with enough strength and low weight. The 16 staking sequences was made with orthogonal array to reduce experimental cases. Strength analysis of the TV wall mount arm made of CFRP laminate was studied on condition of staking sequences using FEA(Finite Element Analysis) and stiffness and strength of those cases were evaluated using deflection and Tsai-Wu's Failure criterion. The result showed that [$-45^{\circ}/90^{\circ}/45^{\circ}/0^{\circ}/-45^{\circ}$] lay up case was suitable for the wall mount arm staking design from the criteria of deflection and Tsai-Wu's Failure Index.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제74권6호
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• pp.723-735
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• 2020

This study is reported the adhesion failure in adhesive bonded composite and specifically for the T-joint structure. Three-dimensional finite element analysis has been performed using a commercial tool and the necessary outcomes are obtained via an eight noded solid element (Solid 185-element) from the library of ANSYS. The structural analysis input has been incurred through ANSYS parametric design language (APDL) code. The normal and shear stress distributions along different layers of the joint structure have been evaluated as the final outcomes. Based on the stress distributions, failure location in the composite joint structure has been identified by using the Tsai-Wu stress failure criterion. It has been found that the failure index is maximum at the interface between flange and web part of the joint (top layer) which indicates the probable location of failure initiation. This kind of failures are considered as adhesion failure and the failure propagation is governed by strain energy release rate (SERR) of fracture mechanics. The different adhesion failure lengths are also considered at the failure location to calculate the SERR values i.e. mode I fracture (opening), mode II fracture (sliding) and mode III fracture (tearing) along the failure front. Also, virtual crack closure technique (VCCT) principle of fracture mechanics steps is used to calculate the above said SERRs. It is found that the mode I SERR is more dominating compared to other two modes of failure for the joint considered. Finally, the influences of various parametric (geometrical and material) effect on SERR of the joint structure are evaluated and discussed in details.

• Composites Research
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• 제30권4호
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• pp.229-234
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• 2017

일반적인 복합재료 구조물에서 체결부는 가장 취약한 부분이다. 복합재 체결법은 접착 조인트와 기계적 조인트로 크게 나눌 수 있으나, 환경조건에 덜 민감한 부분에는 주로 기계적 조인트가 많이 사용되고 있다. 본 논문에서는 5가지의 적층각 변화를 가지는 복합재료 기계적 조인트의 파손하중을 실험하고 예측하였다. 기계적 조인트에 대한 유한요소 해석을 수행하고 Tsai-Wu와 Yamada-Sun 파손이론을 이용하여 파괴면적지수법(FAI)으로 파손강도를 예측하였으며, 이를 실험 결과와 상호 비교하였다. 실험과 해석결과, 복합재 기계적 체결부는 0도 층의 비율이 낮을수록 파손하중이 저하되었으며, 파괴면적지수법과 Yamada-Sun 파손식으로 13.03% 오차범위 내에서 파손하중을 예측할 수 있었다.

• Composites Research
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• 제25권5호
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• pp.141-146
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• 2012

본 논문에서는 Tsai-Wu 파손이론을 적용하여 Carbon/Epoxy 복합재 적층판으로 이루어진 자전거 휠의 경량화를 위한 적층수와 적층각에 대한 강도설계에 대하여 연구하였다. 복합재료는 적층수와 적층각에 따라 강도와 강성이 변하기 때문에 적용되는 설계 하중 조건에 따른 구조물의 최취약부에서 파손이 일어나지 않도록 최적의 적층각과 최소의 적층수를 찾아야한다. 따라서 유한요소해석을 이용하여 복합재 자전거 휠에 부가되는 수직, 복합하중조건에 대하여 가장 안정적인 적층수 및 적층각을 구하였다. 휠에 적용되는 적층각은 $[0]_{8n}$, $[90]_{8n}$, $[0/90]_{2ns}$, $[{\pm}45]_{2ns}$, $[0/{\pm}45/90]_{ns}$으로 적층수를 변화시켜가며 유한요소해석을 수행하였다. 해석 결과로부터 $[0/{\pm}45/90]_{3s}$의 적층각이 파손에 안정적인 적층각 임을 제안하였다. 또한 이를 통하여 휠의 최취약부를 알 수 있었다.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제22권3호
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• pp.273-280
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• 2019

Carbon fiber composite laminate has been widely used in the area of sports applications such as race car, golf club, fishing rods, yacht. In this study, carbon fiber composite laminate was used in the rear upright of leisure purposed small size single-seat electric race car to reduce its unsprung mass of suspension system. The focus of this research is to investigate in finding optimal stacking lay-up of rear upright laminated with carbon fiber composite in the early design phase. Forces transferred from circuit road to rear upright were estimated through MBD(Multi-Body Dynamics)model of the rear suspension geometry. To evaluate the strength of the rear upright laminated with carbon fiber composite which generally behaves in an anisotropic or orthotropic manner, FEA(Finite Element Analysis) model suitable for composite materials was built followed by its strength was evaluated depending on different stacking lay-up. The result showed that Symmetric stacking lay-up [$45^{\circ}/-45^{\circ}/90^{\circ}/0^{\circ}$]s for frontal area and symmetric stacking lay-up with 1mm aluminum core [$45^{\circ}/-45^{\circ}/90^{\circ}/Core$]s for rear area were most suitable of 16 lay-up cases from the side of both strength based on Tasi-wu failure index and weight.

• 공학교육연구
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• 제19권6호
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• pp.44-48
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• 2016

This research is one of the Industry-University cooperation in idea factory of Korea Maritime and Ocean University. Idea factory of Korea Maritime and Ocean University is trying to train creative talented students and discover ingenious ideas. The contents are consisted of the possibility for the replacement of a metal valve disk to composite valve disk in butterfly valve based on the diversification. Purpose in this study is to predict failure field by each fly by appling Tsai-Wu Failure Index.

• 대한기계학회논문집A
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• 제20권3호
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• pp.775-787
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• 1996

An optimization procedure is proposed for the design of cylindrically laminated composite shell having midplane symmetry and subjected to axial force, torsion and internal pressure. Tsai-Wu and Tsai-Hill failure criteria are taken as objective functions. The stacking sequence represents the design variable. The optimal design formulation based on state space method is adopted and solution proccedure is described with the emphasis on the method of calculations of the design sensitivities. A gradient projection algorithm is employed for the optimization process. Numerical results are presented for the several test problems.