Upload
others
View
10
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ํ๊ตญ์ ๋ฐ๊ณตํํ์ง ์ 36๊ถ ์ 7ํธ pp. 645-651 July 2019 / 645
J. Korean Soc. Precis. Eng., Vol. 36, No. 7, pp. 645-651 https://doi.org/10.7736/KSPE.2019.36.7.645
ISSN 1225-9071 (Print) / 2287-8769 (Online)
๋ณผํธ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์ ์๋ ฅ์ฅ์ ๊ณ ๋ คํ ๋ณตํฉ์ฌ ๋ ๊ฐ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ์ต์ ์ค๊ณ
Optimum Design of Composite Wing Structure Using Bolted Joint StressField Model
์ฅ์คํ1, ์์ํธ2,#
Jun Hwan Jang1 and Sang Ho Ahn2,#
1 ์ ํ๋ํ๊ต ๊ธฐ๊ณ๊ณตํ๊ณผ (Department of Mechanical Engineering, Yuhan University)
2 ์ ํ๋ํ๊ต ๊ธฐ๊ณ์๋์ฐจ์ตํฉ๊ณตํ๊ณผ (Department of Mechanical and Automotive Engineering, Shinhan University)
# Corresponding Author / E-mail: [email protected], TEL: +82-31-870-3683
ORCID: 0000-0002-9298-5710
KEYWORDS: Bearing-Bypass load (๋ฒ ์ด๋ง-๋ฐ์ดํจ์ค ํ์ค), Bolted joint (๋ณผํธ ์ฒด๊ฒฐ), Composite structure (๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ ๊ตฌ์กฐ),
Optimum design (์ต์ ์ค๊ณ), Aircraft wing (ํญ๊ณต๊ธฐ ๋ ๊ฐ)
Major aerospace developers continue to push for new structural composite applications to reduce the environmental impact
of greenhouse gas emissions, improve both aircraft performance and costs. In this study, the parts that carry the load in
the regions where mechanical joints are applied, require whole processing to tighten and identify stress concentration
points. In addition, failure modes caused by bearing and by-pass loads were set as the main design factors. Optimum
sizing was performed through the application of factors taken into account in the buckling failure mode and production
using the preliminary design analysis model of the composite wing structure. In the area where the fuselage is joined with
the fuselage, bearing and bypass load were considered important design factors.
Manuscript received: November 15, 2018 / Revised: January 18, 2019 / Accepted: February 16, 2019
1. ์๋ก
ํญ๊ณต์ฐ์ฃผ ๊ฐ๋ฐํ์ฌ๋ค์ ์จ์ค ๊ฐ์ค ๋ฐฐ์ถ์ ํ๊ฒฝ ์ํฅ ๊ฐ์ ์ธ
์๋ ํญ๊ณต๊ธฐ ์ฑ๋ฅ๊ณผ ๋น์ฉ ๋ชจ๋๋ฅผ ๊ฐ์ ํ๊ธฐ ์ํด ์๋ก์ด ๊ตฌ์กฐ ๋ณต
ํฉ ์ ํ๋ฆฌ์ผ์ด์ ์ ์ง์์ ์ผ๋ก ์ถ์งํ๊ณ ์๋ค.1,2
๋๋ถ์ด ์ฒจ๋จ ๋ณตํฉ ์ฌ๋ฃ๋ก ์ ์๋ ํญ๊ณต๊ธฐ ์ฃผ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ๋ํด
์๋ก์ด ์ค๊ณ ํ์ค์ด ์ ์ฉ๋๊ณ ์์ผ๋ฉฐ ๋ณด์ 787๊ณผ Airbus
A350XWB์ ๊ฐ์ ์๋ก์ด ์์ ์ด์ก ํญ๊ณต๊ธฐ ๊ฐ๋ฐ ํ๋ก์ ํธ๋ ํญ
๊ณต ์ฐ์ฃผ ์์ฉ ๋ถ์ผ์ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ๋ํ ๊ด์ฌ์ ์ฆ๊ฐ์ํค
๊ณ ์๋ค. ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ๋ฅผ ์ ์ฉํจ์ผ๋ก์จ ๋ถํ ์๋ฅผ ์ค์ด๊ณ 20%์ ๋ฌด
๊ฒ๊ฐ์๋ฅผ ๊ฐ๋ฅํ๊ณ , ์ด๋ ํญ๊ณต์ฌ์ ๋น์ฉ์ ๋ฎ์ถ๋ ๊ฒ์ ์๋ฏธํ๋
๋ฐ๋ฉด ์น๊ฐ๋ค์๊ฒ๋ ๋ ํฐ ์ฐฝ๋ฌธ, ๋ ๋ฎ์ ์ค๋ด ๊ณ ๋ ๊ฐ์, ๋ ๋์
์ค๋ด ์ต๋๋ฅผ ์ฒด๊ฐํ ์ ์๊ฒ ํด์ค๋ค. ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ๋ฅผ ์ ์ฉํจ์ผ๋ก์จ
์๋ฃจ๋ฏธ๋์ ๋์ฒดํ์ฌ 19 : 1 ๋ถํ ์ ๊ฐ์๋ฅผ ์ถ์ ํ๋ฉฐ, ์ด๋ ํญ๊ณต
๊ธฐ ์ด์ฉ ๋น์ฉ์ ์ ๊ฐ์ ์๋ฏธํ๋ค. ์ค๋ ๊ฐ์๋ฅผ ์ํ ๋ณตํฉ๊ตฌ์กฐ ์ต
์ ํ์ ๋ํ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ํ๋ฐํ ์งํ๋จ์๋ ๋ถ๊ตฌํ๊ณ , ์ต์ ์ค๋์
๋ํ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์์ ์ต์ ํ ๋ถ์ผ์์๋ ๋ง์ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ์งํ
๋๊ณ ์์ผ๋ ์ฌ์ ํ ๊ณ ์ ์ ์ธ ์ค๊ณ ๋ฐฉ๋ฒ์ด ์ ์ฉ๋๊ณ ์๋ค.
์ด์ ๊ด๋ จ๋ ์ฐ๊ตฌ ์ค, Shroff์ Kassapoglou3๋ ๋ณผํธ๋ก ์ฐ๊ฒฐ
๋ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์์ ์ฃผ๋ณ ๊ตฌ์กฐ์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์ ์ค์ฌ์ผ๋ก ๋ณตํฉ ๋์ฒด
๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๊ตฌ์ฑํ์ฌ ๋ด๋ถ ํ์ค์ ์ป๊ธฐ ์ํ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ๋ํ ์ ๊ธฐ์ฒด
NOMENCLATURE
Cf = Correlation coefficient (joints)
Cij = Elastic coefficients (elasticity)
d = Hole diameter (joints)
ฯb = Bearing strength (joints)
MS = Margin of safety
ฮธf = Failure angle (joints)
Copyright ยฉ The Korean Society for Precision Engineering
This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/
3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
646 / July 2019 ํ๊ตญ์ ๋ฐ๊ณตํํ์ง ์ 36๊ถ ์ 7ํธ
๋ชจ๋ธ์ ๊ตฌ์ฑํ๊ณ ์ ํฉ๋ถ์ ๊ตญ๋ถ์ FEM์ ์ ์ฉํ์๋ค. Liu ์ธ4
๋ ๋ณผํธ์ ๊ตฌ๋ฉ์ ๊ฐ๊ทน์ด ๋ฒ ์ด๋ง ๊ฐ์ฑ์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์ธ์๋ฅผ ์
์ํ์์ผ๋ฉฐ, ๋ค์ค ๋ณผํธ ์ด์๋ถ์ ํ์ค ๋ถ๋ฐฐ์ ๋ํ ๋ณผํธ ์ฒด๊ฒฐ
ํ ํฌ ๋ฐ ๋ณผํธ ๊ตฌ๋ฉ ๊ฐ๊ทน์์ ๋ฐ์ํ๋ ๋ง์ฐฐ๋ ฅ ์ํฅ์ฑ์ ์ ์ํ
์๋ค. Taheri ์ธ5๋ ๊ฒฐํฉ๋ถ์์ ์ ํต์ ์ธ ์คํ๋ง-์ง๋ ๋ชจ๋ธ์ ํต
ํฉํ๊ณ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ์ ๋น์ ํ Tsai-Hahn ๊ณต์์ ์ ์ฉํ ๊ฒฐํฉ๋ถ ์ค
๊ณ๋ฅผ ์ํ ์๋ก์ด ๊ณ์ฐ ๋๊ตฌ๋ฅผ ์ ์ํ์๋ค. Chen ์ธ6๋ ์ ์ด ์ธ
ํฐํ์ด์ค์ ๊ณต์ฐจ, ๋ณผํธ ํด๋จํ ๋ฐ ๋ง์ฐฐ์ ๋ถ์ํ๊ณ ๊ฒ์ฆ์คํ์
ํตํด ์ ํจ์ฑ์ ๊ฒํ ํ์๋ค. El-Sisi ์ธ7๋ ๋ณผํธ๋ก ๋ ๋นํ๋ฆผ ์ด
์ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ์ด๊ธฐ ๊ฐ์ฑ์ ์๋ณํ๊ธฐ ์ํด ์คํ์ ์ํ์ ์ํํ
์๋ค. 3D ์ ํ ์์ ๋ชจ๋ธ์ ๋จ์ผ ๋ฐ ์ด์ค ๊ฒน์นจ ๋ณผํธ ๋ณตํฉ ํ์
๋ถ์ํ๊ธฐ ์ํด ๊ฐ๋ฐ๋์๋ค. ๊ณฝ ์ธ8๋ ๋๊บผ์ด ์ ์ธตํ์ ๋ณผํธ ์ด
์๋งค์ ๋์ ํน์ฑ์ ํ๊ฐํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ์ํ์๋ค. ํด๋จํ ์๋ ฅ
์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ณ ์ ๋๋ ํ๋ณธ์ ๋ํด ์ง๋ ๋ฐ์์ ๊ณ์ฐํ์๋ค.
Liu ์ธ9๋ ์ ์ธต ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ์์ ํ์ฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ง์์ ์ธ ๋ณํ๋ฅผ ๋ณด
์ด๋ ๋ค์ค ๋ณผํธ ๋ณตํฉ ์ ํฉ๋ถ์ ์ ์ง์ ์์ ๊ณผ์ ์์ ๋ณผํธ ํ์ค
๋ถํฌ๋ฅผ ์ธก์ ํ๊ธฐ ์ํ ์ํ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ์ํ์๋ค. ์ด ์ธ10๋ ๋ณผํธ
๊ฒฐํฉ๋ถ์ ์ ์ฐ๋ชจ๋ธ์ ์ฝ๊ฒ ์ ์ฉ๊ฐ๋ฅ ํ๋๋ก ๋ณผํธ๊ฒฐํฉ๋ถ์ ๋จ์
ํ ๊ธฐ๋ฒ ๋ฐ ๊ฐ์ฑ ๋ฐ ๊ฐ์ ๊ณ์ ๋ถ๋ฐฐ๊ธฐ๋ฒ์ ๋ํ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ์ํ๊ณ
FEM ํด์์ ํตํด ๊ฒ์ฆ์ ์ํํ์๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ
๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ๊ธฐ๊ณ์ ์ ํฉ์ด ์ ์ฉ๋ ๋ถ๋ถ์์ ํ์ค์ ์ ๋ฌ๋๋ ํ
์์ ์ค๋ช ํ๊ณ , ์ฒด๊ฒฐ์ ์ํด ๋ซ๋ฆฐ ๊ตฌ๋ช ์์์ ์๋ ฅ ์ง์ค ํ์์
๊ท๋ช ํ๋ค. ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๋ฒ ์ด๋ง๊ณผ ๋ฐ์ดํจ์ค ํ์ค์ ์ํด ์ผ์ด๋๋ ํ
๊ดด๋ชจ๋๊ฐ ์ฃผ์ ์ค๊ณ ์ธ์๋ก ์ค์ ํ์ฌ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ ๋ ๊ฐ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์
์๋น์ค๊ณ ํด์๋ชจ๋ธ์ ์ด์ฉํ์ฌ ์ข๊ตด ํ๊ดด, ๋ฒ ์ด๋ง-๋ฐ์ดํจ์ค ํ
๊ดด ๋ฐ ์์ฐ์์ ๊ณ ๋ ค๋๋ ์ธ์๋ฅผ ์ ์ฉํ ์ต์ ์ค๊ณ๋ฅผ ์ํํ๋ค.
๊ตฌ์กฐ๋ฌผ ๊ฒฐํฉ ๋ถ์๋ ์๋ ฅ์ฅ(Bolted Joint Stress Field Model)์
๊ณ ๋ คํ์ฌ ์ฒด๊ฒฐ ์กฐ์ธํธ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ์์ธกํ๊ณ ์ค๋์ ์ต์ํํ๋
์ต์ ์ค๊ณ ๊ณผ์ ์ ์ ์ํ๋ค.
2. ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ ๊ฒฐํฉ๊ณผ ๋ณผํธ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์ ์๋ ฅ ๋ชจ๋ธ
2.1 ๋ณตํฉ์ฌ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ๊ฒฐํฉ ๊ฐ๋
Fig. 1์์์ ๊ฐ์ด ๋ณตํฉ์ฌ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ๊ฒฐํฉ์ํค๋ ์ผ๋ฐ์ ์ธ ๊ฒฐ
ํฉ๊ฐ๋ ์ 3๊ฐ์ง๋ก ๊ตฌ๋ถํ์ฌ ๋ํ๋ด์๋ค.
๊ธฐ๊ณ์ ๊ฒฐํฉ์ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๋ถํ์ ๊ฒฐํฉ์ํฌ ๋ ์ ์ฉ๋๋ ์
ํต์ ๋ฐฉ๋ฒ์ด๋ค. Co-Bonding / Co-Curing์ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์
๋ง์ด ์ฌ์ฉ๋๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ด๊ณ , ์ต๊ทผ Secondary Bonding๋ ์ ์ฐจ ์ฌ์ฉ
๋น๋๊ฐ ํ๋๋๊ณ ์๋ค. ๊ธฐ๊ณ์ ๊ฒฐํฉ์ ๊ธฐ์ ์ฑ์๋๊ฐ ๋๊ณ ๊ฒฐํฉ
์ฒด์ ๋ฌด๊ฒ ์ฆ๊ฐ๊ฐ ํ์ฐ์ ์ด๊ณ ๊ตฌ๋ฉ์ด ๋ซ๋ฆฌ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๊ฒฐํฉ ๋ถ์์
์ ์๋ ฅ ์ง์ค์ด ์ผ์ด๋๋ค. Co-Curing / Co-Bonding / Secondary
Bonding์ ๋ฌด๊ฒ ๊ฐ์์ ๊ฐ์ ์ด ์์ง๋ง ๊ธฐ์ ์ฑ์๋๊ฐ ๋ฎ๊ธฐ ๋
๋ฌธ์ ๊ฒฐํจ ๋ฐ์ ๋น๋๊ฐ ์์ง๊น์ง๋ ๋๋ค.
2.2 ๊ฒฐํฉ๋ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ํ๊ดด๋ชจ๋
๊ธฐ๊ณ์ ๋๋ ๋ณธ๋ฉ์ผ๋ก ์ ํฉ๋ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ์ ํฉ๋ถ์๋
์ฌ๋ฌ ๊ฐ์ง ๊ณ ์ฅ ๋ชจ๋๊ฐ ๋ฐ์ํ๋ค. Fig. 2์ ๊ฐ์ด ํจ์ค๋์ ์์
5๊ฐ์ง์ ๋ณธ๋ฉ์ ์์ 3๊ฐ์ง๊ฐ ๋ํ์ ์ธ ์ ํฉ๋ถ์ ์์์ด๋ค.
Fig. 2์ ๊ฐ์ด Tension Failure๋ ๋จ๋ฉด์์ ํ๊ดด๋๋ฉฐ, Shear-Out
Failure๋ ๋ฒ ์ด๋ง ๊ณ ์ฅ ๋๋ฌ ์ ๊ตฌ๋ฉ ๊ฐ๊ฒฉ, ๊ฐ์ฅ์๋ฆฌ ๊ฑฐ๋ฆฌ ๋๋
Lay-Up ์กฐ๊ฑด์ ๋ฐ๋ผ ๋ฐ์๋๋ค. Bearing Failure๋ ๊ณ ์ ์ฅ์น ๋ฐ
๋ก ์์ ๋งคํธ๋ฆญ์ค ๊ณ ์ฅ์ผ๋ก ๋ฐ์๋๊ณ , ๊ณ ์ ์ฅ์น ๊ณ ์ฅ ๋๋
Pull-Out์ ์ํด ๊ณ ์ฅ์ด ๋ฐ์๋๋ค.
2.3 ๋ฒ ์ด๋ง ํ์ค(Bearing Load)
๋ฒ ์ด๋ง ๊ฐ๋๋ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๊ตฌ๋ฉ์ ๋จ๋ฉด์ ์์ ๊ท ์ผํ๊ฒ ์์ฉ
ํ๋ ํ๊ท ์๋ ฅ์ด๋ค. ์(1)๊ณผ ๊ฐ์ด ํํํ ์ ์๋ค.
(1)
๋ฒ ์ด๋ง ๊ณ ์ฅ์ ๊ณ ์ ์ฅ์น์ ์ํด ์ ์ฌ๋ ํ์ ์์ฃผ์ ์ ๋ฐ ๋ถ
๊ทผ์ ์์ถ ์๋ ฅ์ผ๋ก ์ธํด ๋ฐ์ํ๋ค.
๊ณ ์ฅ ๋ฉ์ปค๋์ฆ์ ์ฌ์ ์ ๋งคํธ๋ฆญ์ค๋ฅผ ํตํด ์ ๋จ ์์์ ๋ฐ์
ํ๋ฉฐ, ์ต๋ ์คํธ๋ ์ค๊ฐ ๋ฐ์ํ๋ ๊ตฌ๋ฉ ๊ฐ์ฅ์๋ฆฌ์์ ์์๋๋ค.11
๋ฒ ์ด๋ง ํ๊ดด ํ์์ ๊ฐํ ์ฌ๋ฃ๊ฐ ์ฝํ ์ฌ๋ฃ๋ฅผ ๊ฐ์๋จน๋ ํ์
์ธ๋ฐ ๋ณผํธ๋ ๋ฆฌ๋ฒณ์ด ๋ณตํฉ์ฌ ์ ์ธต ํ ๊ตฌ์กฐ์ ์์์ ์ฃผ๋ ๊ฒ์
P
b ndtฯ =
Fig. 1 Concept of combining composite structures
Fig. 2 Modes of failure of mechanical and bonding joints in fiber
reinforced polymer composites
ํ๊ตญ์ ๋ฐ๊ณตํํ์ง ์ 36๊ถ ์ 7ํธ July 2019 / 647
์๋ฏธํ๋ค. ์ด๋ก ์ธํ ์๋ ฅ ๋ถํฌ๋ ํ์ค์ด ์ปค์ง์ ๋ฐ๋ผ Fig. 3๊ณผ
๊ฐ์ด ๋ํ๋๋ค.
2.4 ๋ฐ์ดํจ์ค ํ์ค(Bypass Load)
๋ฒ ์ด๋ง ํ์ค์ ๋ณผํธ์ ์ ์ฉ๋๋ ํ์ค์ด๋ค. Fig. 4๊ณผ ๊ฐ์ด, ํ
์ค์ ์ํด ๋ฐ์๋ ๋ชจ๋ฉํธ๊ฐ ๋ณผํธ ๊ตฌ๋ฉ ์ฃผ์์ ๋ก์ปฌ ์๋ ฅ์ ๋ฐ์
๋๋ค. ๋ฐ์ดํจ์ค ํ์ค์ ๋ฒ ์ด๋ง ํ์ค ์ด์ธ์ ํ์ค์ด ์ฌ๋ฌ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ
์ ์ด๋ํ๋ ํ์ค์ธ๋ฐ, ์ด ๋ฐ์ดํจ์ค ํ์ค์ ์ํด์ ์๋ ฅ์ ๊ตฌ๋ฐฐ
๊ฐ ๋ฐ์๋๋ค. ๋ฐ์ดํจ์ค ํ์ค์ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋ ๋ค์ค ๊ฒฐํฉ ๊ตฌ
์กฐ์์ ํฐ ํ๊ดด ํจ๊ณผ๋ฅผ ์ผ์ผํฌ ์ ์๋ค. ๋ณตํฉ์ฌ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ด ๊ฒฐํฉ
๋ ์์ญ์์ ๋ฒ ์ด๋ง ํ์ค์ ์ํด ๋ฐ์๋ ์๋ ฅ๊ณผ ๋ฐ์ดํจ์ค์ ์
ํด ๋ฐ์๋ ์๋ ฅ์ ๋ํด์ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ ํ ์ฃผ์์ ์๋ ฅ์ ํ๊ฐํด์ผ ํ
๋ค. Fig. 4์์ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ ์ฃผ์์ ์๋ ฅ์ ํ๋์ฅ์ ๋ํ๋ด์์ผ๋ฉฐ,
๋ฐ์ดํจ์ค ํ์ค์ ํฌ๊ธฐ ๋ฐ ๊ฐ๋์ ์ํด ํจ์ค๋ ํ ์ฃผ์์ ์๋ ฅ์ด
๋ฌ๋ผ์ง์ ์ ์ ์๋ค.
2.5 ๋ณผํธ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์ ์๋ ฅ ๋ชจ๋ธ
1970๋ ๋ ํ๋ฐ์ McDonnell็คพ ๋ณตํฉ์ฌ ์ํธ์ ๋ฒ ์ด๋ง ์ํ์
ํ๋๋ฐ ํ์ฉ ์๋ ฅ๊ณผ ํ๊ดด ์์น๊ฐ ์์ดํ๊ฒ ๋์๋ค. ํ์ค์ด ์ ๋ฌ
๋๋ฉด ๋ณตํฉ์ฌ ์ ์ธตํ์ ์ฅ์ฐฉ๋ ํจ๋์ค ํ ์์ชฝ์์ ํ๊ดด๋๋ ํ์
์ด ๋ฐ์๋๋๋ฐ Fig. 5์ ๊ฐ๋ค. ํ๊ดด ์์น๋ ํน์ฑ๊ธธ์ด(Characteristic
Distance)์ ๋ถ๋ฆฌ์ฐ๋ฉฐ ๋ณผํธ ๊ตฌ๋ฉ์ ์์ชฝ์ ํด๋นํ๋ ์์น์ด๋ค.
์ด๋ ์๋ ฅ์ ๊ตฌ๋ฐฐ๊ฐ ๋ฌ๋ผ์ ธ์ ์์์์ ๋ฒ์ด๋๋ ์์น์์ ํ
๊ดด๊ฐ ์งํ๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. ๋ณผํธ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์ ์๋ ฅ๋ชจ๋ธ์ ์ด๋ก ์
1968๋ ์ Leknitskii ๋ฏธ๋ถ๋ฐฉ์ ์์์ ์ถ๋ฐํ์์ผ๋ฉฐ ์(2)์ ๊ฐ๋ค.
๋ฐ์ดํจ์ค์ ๋ฒ ์ด๋ง์ ์๋ ฅ์ ๋ถ๋ฆฌํ๊ณ ๋ฏธ๋ถ๋ฐฉ์ ์์ ์ด์ฉํด์
๊ณ์ฐํ๋ค. ์ด๋ค ๊ฒฐ๊ณผ๊ฐ์ ์ค์ฒฉํ์ฌ ์๋ ฅ์ ์ฐ์ถํ๋ค.
(2)
์ฌ๊ธฐ์ S๋ ๋ณตํฉ์ฌ์ ๊ฐ์ฑํ๋ ฌ์ ์ญํ๋ ฌ์ด๋ฉฐ F๋ ๋ณผํธ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์
์๋ ฅ์ฅ์ด๋ค.
3. ๋ณตํฉ์ฌ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ ํด์
3.1 ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์ ๋ฒ ์ด๋ง-๋ฐ์ดํจ์ค ํ์ค์ ํด์
๋ค์ค ๋ณผํธ ์ฒด๊ฒฐ ๊ตฌ์กฐ๋ ๋ถ์ ์ ๊ตฌ์กฐ ์์คํ ์ด๋ฉฐ, ๊ฐ๋ณ ๋ณผํธ๋
์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ํ์ฑ ๋ฒ์์์ ๋์ผํ ํ์ค์ ์ ๋ฌํ์ง ์๋๋ค. ์ฌ
๋ฃ ๋ฐ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ ์ ํ์ฑ์ ๊ด๊ณ๋ก ๋ ๊ฐ์ ์ฐ์ ๋ณผํธ ํ์ค Ri ์ฌ์ด
์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ์ป์ ์ ์๋ค.
(3)
4 4 4
2 (2 )22 26 12 664 3 2 2
4 4
2 016 113 4
F F FS S S S
x x y x y
F FS S
x y y
โ โ โโ + +
โ โ โ โ โ
โ โโ + =
โ โ โ
(2 )
1 1 1
12 (2 )
1 1 1
K KC p siR R N Ri i i iC Ci i
iK K Kp p sP RrC Ci i r
+= +
+ + +
โ+โโ +
+ + =
Fig. 3 Modes of failure of mechanical and bonding joints in fiber
reinforced polymer composites
Fig. 4 Bypass load and bypass load effect in composite structure
Fig. 5 Failure location and characteristic dimension
648 / July 2019 ํ๊ตญ์ ๋ฐ๊ณตํํ์ง ์ 36๊ถ ์ 7ํธ
์ฌ๊ธฐ์ Kp๋ ํ๋ ์ดํธ ์์์ด๊ณ Ks๋ ์คํธ๋ฉ ์์์ด๋ค. ์ค์ํ
๊ฐ์ ์ ๋ชจ๋ ํก๋จ ํ์ ๋ณผํธ๊ฐ ๋์ผํ๊ฒ ๋ถ์ฌ๋๋ค.12 ๋จ์ผ ์ ๋จ
๊ด์ ์ ๊ฒฝ์ฐ ์(4)์ ๊ฐ๋ค.
(4)
ํ ํ์ ๋ณผํธ๊ฐ ๋ค๋ฅธ ํ๊ณผ ๊ฐ์ง ์์ ์ ์๋ ์ด์ค ์ ๋จ ์ ํฉ
๋ถ์ ๊ฒฝ์ฐ์ ์(5)์ ์๊ด ๊ณ์๊ฐ ์ ์ฉ๋๋ค.
(5)
๋จผ์ ๊ฐ ๋ณผํธ ํ์ ๋ถํ์ ๋ํ ์ด๊ธฐ ์ถ์ ์น๋ฅผ ์(6)๊ณผ ๊ฐ์ด
์ค์ ํ๋ค.
(6)
์ฌ๊ธฐ์ nbr์ ์กฐ์ธํธ์ ๋ณผํธ ํ ์์ด๋ค.
์ฒด๊ฒฐ๋ถ์ ์(7)์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋ณผํธ ํ์ค์ ๋ํ ์์ธก๊ฐ์ ๊ณ์ฐ
ํ ์ ์๋ค.
(7)
์ด ๋ฐ๋ณต์ ๋ชจ๋ ๋ณผํธ์ ๊ฒฝ์ฐ, ํ ๋ฒ ๋ฐ๋ณต์์ ๋ค์ ๋ฒ ๋ฐ๋ณต์ผ
๋ก์ ๋ณ๊ฒฝ์ด ์์๋ณด๋ค ์ ๊ฑฐ๋ ฮต (์ฌ๊ธฐ์ 1.0 ร 10-6) ์ดํ์ด๊ฑฐ๋
1,000ํ๊น์ง ์ง์๋๋ค. ํด๋น ๋ณผํธ ํ์ ๋ฐ์ดํจ์ค ๋ถํ๋ ์ ์ฉ๋
๋ก๋์ ๋ณผํธ ํ ๋ถํ์ ์ฐจ์ด์ด๋ค.
Fig. 6์์ ๋ณผ ์ ์๋ฏ์ด ๋ณผํธ์ ํ์ค ๋น์จ์ ๋์ผํ๊ฒ ์ธ๊ฐ
๋์ง ์๊ณ , ํจ์ค๋ ์์น์ ๋ฐ๋ผ ๋ค๋ฅด๊ฒ ํ์ค์ด ์ ์ฉ๋๋ค. ์ฒซ ๋ฒ์งธ
๋ฐ ๋ง์ง๋ง ๋ณผํธ ํ์ ๋ ๋ง์ ๋ณผํธ ์ ์ฐ์ฑ์ผ๋ก ์ธํด ๋ง์ ํ์ค
์ด ์ธ๊ฐ๋๋ค. ๋ถ์์ ๋ค์ ๋ถ๋ถ์์ ๊ฐ ์กฐ์ธํธ ๋ฐ ๋ณผํธ ํ์ ๋
ํด ์ ์น์ ์๋ ฅ๊ณผ ๋ฐ์ดํจ์ค ์๋ ฅ์ด ๊ณ์ฐ๋๊ณ ๋ณผํธ ๊ตฌ๋ฉ ๋๋ ์
์๋ ฅ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค.
3.2 ๋ณผํธ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์ ์๋ ฅ ๋ชจ๋ธ ํด์ ์ ์ฐจ
๋ณผํธ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ์ ์๋ ฅ ํด์ ์ ์ฐจ๋ ์(2)์ 4์ฐจ ๋ฏธ๋ถ๋ฐฉ์ ์์
ํธ๋ ๊ณผ์ ์ด๋ค. ๋จผ์ ๋ฏธ๋ถ๋ฐฉ์ ์์ ํ ์ ์๋ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ์ฌ์ง,
์ ์ธต ์ ๋ณด์ ์ ๋ ฅ๋ถํฐ ์์๋๋ค. ๋ฏธ๋ถ๋ฐฉ์ ์์ Fortran Code๋ก
๊ตฌ์ฑ๋์ด ์๋ค. Fig. 7์ ๊ฐ์ด ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ์ ์ฌ์ง๊ณผ ์ ์ธต์ ๋ณด๋ฅผ ์
๋ ฅํ๊ฒ ๋๋ฉฐ, ์ดํ ์ ์ธตํ์ ๋ํ ๊ฐ์ฑํ๋ ฌ ๊ณ์ฐ, ์ ์ธตํ์ ์๋ ฅ
๋ถํฌ ๊ณ์ฐ, ๋ผ๋ฏธ๋ค์ดํธ ๋ณํ๋ฅ ๋ถํฌ์ ์์ผ๋ก ๊ณ์ฐํ ์ ์๋ค.
๋๋ถ์ด ์ ์ธต Ply ๋ณ ์๋ ฅ ๋ฐ ๋ณํ๋ฅ ๊ณ์ฐ, ํ์ฉ์น ๋น๊ต ํ ํ์
์กฐ๊ฑด ํ๋ณ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ํจ์ค๋ ํ์ ์ ์ ๊ฐ๋ ๊ณ์ฐ์์ผ๋ก ์งํ๋๋ค.
4. Single Lap Joint์ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ ํด์
4.1 Single Lap Joint ๋ชจ๋ธ์ ์ ๋ณด
๋ณธ ์ ์์ ์ ์ฉ๋ ๋ชจ๋ธ์์ Bearing๊ณผ Bypass์ ๋ํ ํจ๊ณผ๊ฐ
์ด๋์ ๋ ๋ฏธ์น๋์ง ์์ ์จ์ ํตํ์ฌ ๊ณ์ฐํ ์ ์๋ค. ๋ชจ๋ธ์ ์
๋ณด๋ Fig. 8๊ณผ ๊ฐ๋ค.
๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋ ํ์ด Bolt๋ก ํํํ ์ ์๋ Bushing ์์
๋ก ์ฐ๊ฒฐ๋์ด ์๊ณ , ์ ํ์ค 1500 lbs/in๋ก ํ์ค์ ๋ถ์ฌํ์๋ค. ์ ์ฒด
16 Ply๋ก (0 / 0 / -45 / 45 / 90 / -45 / 45 / 90)sym์ผ๋ก ์ ์ธต๋๋ค.
4.2 Single Lap Joint์ ์ฒด๊ฒฐ๋ถ ํด์ ๊ฒฐ๊ณผ
์ฒด๊ฒฐ๋ถ ํด์๊ฒฐ๊ณผ๋ Single Lap์ ์ฐ๊ฒฐํ๋ ์์์ธ Bushing
์์์์์ ํ์ค์ ์ถ์ถํ์ฌ ๋ฒ ์ด๋ง๊ณผ ๋ฐ์ดํจ์ค ํ์ค์ ์ํฅ์ฑ
์ ๊ณ์ฐํ๋ค. ๋ฒ ์ด๋ง๊ณผ ๋ฐ์ดํจ์ค์ ์ํฅ์ฑ์ ๊ณ์ฐํ๊ธฐ ์ํด ์
(10)์ ์ด์ฉํ๋ค.
(8)
1
11 , 1, 2, , 1
(1 )
2 2,
iR Ri r
rR i ni
K K K Pp s pand
C C
ฮป ฮผ
ฮป
ฮป ฮผ
โโ +โ+
== = โ
+
+= =
L
1
21 1( ) , 1, 2, , 1
1
2
iRrKC pi rR R P i n
i iC C Ci i i
K Kp s
ฮณ
ฮณ ฮณ ฮณ
ฮณ
โโ
+ == + โ = โ
++ + +
= +
L
Ri0
P
nbr--------=
Rn
P r Rr
r 1=
n 1โ
โโ=
. 1
C Ff bruM S
bearing fbru= โ
Fig. 6 Normalized joint load vs. Bolt row number
Fig. 7 Analysis procedure for bolted joint stress field model
ํ๊ตญ์ ๋ฐ๊ณตํํ์ง ์ 36๊ถ ์ 7ํธ July 2019 / 649
๋ฒ ์ด๋ง ํ์ค์ ์ด์ฉํ์ฌ ์์ ์จ์ ๊ณ์ฐํ๋ฉด Fig. 9๊ณผ ๊ฐ์ด ๋ณผ
ํธ๊ฐ ์ฅ์ฐฉ๋ ์์น์์ ์ ๋จํ์ค์ ์ถ์ถํ๊ณ ์ ๋จ์๋ ฅ์ ๊ณ์ฐ,
๊ทธ๋ฆฌ๊ณ Single Correction Factor, Cf๋ฅผ 0.77์ ์ ์ฉํ๋ฉด -0.3417
์ด ๊ณ์ฐ๋๋ค.
๋ฒ ์ด๋ง๊ณผ ๋ฐ์ดํจ์ค ํ์ค์ ๋์์ ๊ณ ๋ คํ๊ธฐ ์ํด์ ์ ํ์์
๋ชจ๋ธ์์ ์ ํ์ค(Load / In)๋ฅผ ์ถ์ถํ๊ณ Fig. 10์ ๋ฒ ์ด๋ง๊ณผ ๋ฐ
์ดํจ์ค์ ๊ด๊ณ์์ ๋ฐ์ดํจ์ค ํ์ค์ ๊ณ์ฐํ๋ค. ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๋ณผํธ ์ฒด
๊ฒฐ๋ถ์ ์๋ ฅ ๋ชจ๋ธ ๋ฏธ๋ถ๋ฐฉ์ ์์ ์ด์ฉํ์ฌ ์ฌ์ ๋ง์ง์ ์ฐ์ถํ๋ค.
๋ฒ ์ด๋ง๊ณผ ๋ฐ์ดํจ์ค ํ์ค์ ๋์์ ๊ณ ๋ คํ๋ฉด ์(8)์์ ๊ณ์ฐ๋
์์ ์จ๋ณด๋ค ๋ฎ์ ๊ฐ์ด ๊ณ์ฐ๋๋ค. ๊ณ์ฐ๋ ๋ฒ ์ด๋ง-๋ฐ์ดํจ์ค๋ฅผ ๊ณ
๋ คํ ์์ ์จ์ -0.3480์ด๋ค.
์ด๋ ํ์ค์ ์ ๋ฌ ํจ๊ณผ๋ก ์ธํด ๋ฐ์ดํจ์ค์ ๋ํ ์์ ์จ์ด ์ถ
๊ฐ์ ์ผ๋ก 1.81% ๋ํด์ง์ ์๋ฏธํ๋ค. ๊ฒฐํฉ์ ์ํด ๋ง์ ํจ์ค๋
๊ฐ ์ฅ์ฐฉ๋๊ณ , ํ์ค์ด ๋งค์ฐ ํฐ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์์๋ ํ์ค์ ํ๋ฆ์ ๋ฐ๋
์ ๊ณ ๋ คํด์ผ ํ๋ค.
5. ๋ฒ ์ด๋ง-๋ฐ์ดํจ์ค๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ ๋ ๊ฐ ๊ตฌ์กฐ์ ์ต์ ์ค๊ณ
5.1 ๋ ๊ฐ์ ํ์ ์ ๋ณด
ํด์ ๋ชจ๋ธ์ Fig. 11๊ณผ ๊ฐ๋ค. ์ ๋ก ํ์ดํฐ์ ๊ฐ๋ฐ ์ํ ๋ชจ๋ธ
์ ๊ธฐ๋ณธ์ผ๋ก ํ๊ณ , ๋ ๊ฐ ๋์ด๋ 400 ft2, ์์ ๋ ๊ฐ์ ๊ฐ๋๋ 35
๋, ๋ท์ ๋ ๊ฐ์ ๊ฐ๋๋ -14๋๋ฅผ ์ ์ฉํ์๋ค. ๋ ๊ฐ์ ๋์ฒด๊ฐ ๊ฒฐ
ํฉ๋๋ ๋ถ๋ถ์ Lug ํํ์ ํผํ ์ ์ ์ฉํ์๋ค. Skin๊ณผ Spar,
Skin๊ณผ Rib์ ๋ณผํธ-๊ฒฐํฉ์ Shell Force๋ฅผ ์ถ์ถํ ์ ์๋๋ก
Bushing ์์๋ฅผ ์ ์ฉํ์๋ค.
5.2 ๋ ๊ฐ ๊ตฌ์กฐ์ ์ต์ ์ค๊ณ
์ต์ ํ์ ์ ์ฉ๋ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์ ์ญ ๋ฐ์ํ๋ฉด๋ฒ(Global Response
Surface Method)์ด ์ ์ฉ๋์๋ค. GRSM์ ์ ์ ๋ฐ์-ํ๋ฉด(Adaptive
Response-Surface) ๊ธฐ๋ฐ์ ์ต์ ํ์ ์ ์ญ ๊ฒ์์ ๊ฒฐํฉ์ผ๋ก ๋ฐ์
ํ๋ฉด์ด ๊ฐ์ ๋๊ณ ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์๋ก์ด ์ํ์์ ์ญ์ ์ต์ ๊ฐ์
์ฐพ์๋ธ๋ค. GRSM์ ์ฌ์ฉ์๊ฐ ์ ์ํ ์ค๊ณ ํ์๋ฅผ ํ๊ฐํ ๋๊น
์ง ์ด๋ฌํ ๊ณผ์ ์ ๊ณ์ ๋ฐ๋ณต ์ํํ๋ค.
๋ ๊ฐ ๊ตฌ์กฐ์ ์ค๊ณ๋ณ์๋ฅผ ๊ฒฐ์ ํ๊ธฐ ์ํ ์ค๊ณ ๊ธฐ์ค์ First
Ply Failure Check / Unnotched Laminate Strength Check /
Buckling Check / Bearing/Bypass Check๋ฅผ ๊ฒํ ํญ๋ชฉ์ผ๋ก ์ ์
ํ๋ค. ์ค๊ณ๋ณ์๋ Fig. 12์ ๊ฐ์ด ์ด 46๊ฐ์ Skin์ ์ค๊ณ๋ณ์๋ก
์ปจํฌ๋ํธ๋ก ๊ตฌ๋ถํ์๊ณ , ๋ค์ 6๊ฐ์ ์ค๊ณ๋ณ์๋ก ์ค์ ํ๋ค. Failure
Index๋ TSI-Wu๋ก ๊ณ์ฐํ๋ค.
Fig. 8 Single lap joint information
Fig. 9 X-directional bearing load calculation in single lap joint
Fig. 10 Bypass load calculation in single lap joint
Fig. 11 Composite wing structure configuration
650 / July 2019 ํ๊ตญ์ ๋ฐ๊ณตํํ์ง ์ 36๊ถ ์ 7ํธ
์ต์ ํ ๋จ๊ณ๋ ๋ ๋จ๊ณ๋ก ๋๋๋๋ฐ, ์ฒซ๋ฒ์งธ ๋จ๊ณ์์๋ ๋ณ์/
ํ๊ดด ์ง์/์๋ ฅ์ Response๋ก ์ค์ ํ๊ณ ์ ์ฝ์กฐ๊ฑด์ ์ค์ ํ๋ค.
๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๋๋ฒ์งธ ๋จ๊ณ์์ ์ข๊ตด๋ชจ๋๋ฅผ ์ ์ฝ์กฐ๊ฑด์ ์ค์ ํ๊ณ ์ง๋
์ ์ต์ํํ๋ ๋ชฉ์ ํจ์๋ก ์ค์ ํ์ฌ ์ต์ ํ๊ฐ ์งํ๋๋ค.
5.3 ๋ ๊ฐ ๊ตฌ์กฐ์ ์ต์ ์ค๊ณ ๊ฒฐ๊ณผ
์ฒซ๋ฒ์งธ ๋จ๊ณ์์์ ์ต์ ์ค๊ณ์์ ๋ณ์, ํ๊ดด ์ง์, ์๋ ฅ์
๋ง์กฑํ๋ ๊ฒฐ๊ณผ๋ Fig. 13์ ์ข์ธก์ ๊ฒฐ๊ณผ์ด๋ค. Fig. 13์ ์ฐ์ธก ๊ฒฐ
๊ณผ๋ ๋๋ฒ์งธ ๋จ๊ณ์ ์ต์ ์ค๊ณ๊ฐ ์งํ๋ ๊ฒฐ๊ณผ์ด๋ค. ์คํจ์ ๋๊ป
๊ฐ ๊ฒฐ๊ณผ๋ก ์ ์๋์๋ค. ์ฒซ๋ฒ์งธ ๊ฒฐ๊ณผ์์ ์์ฃผ ๋๊ป๊ณ , ์์ฃผ ์์
์คํจ ํํ๊ฐ ์ค๊ณ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฌผ๋ก ์ ์๋์์ผ๋ ๋๋ฒ์งธ ์ต์ ์ค๊ณ ๋จ
๊ณ๋ฅผ ๊ฑฐ์น๋ฉด์ ๋ ๊ฐ ๋๋จ๋ถ๋ก ๊ฐ์๋ก ๋จ๊ณ๋ณ๋ก ์คํจ์ ์ ์ธต ๋
๊ป๊ฐ ์ค์ด๋ ๋ค. ๋ถ์ ์์ ๊ฐ์ฅ ํฐ ์ ์ธต ๋๊ป๋ก 78 Ply์ด๊ณ ํ
๋์ ๋ถ๋ถ์ ๊ฐ์ฅ ์ ์ ์ ์ธต ๋๊ป๋ 20 Ply์ด๋ค. ์ ์ธต ์ต์ ํ๋
ํ์ค ๋ฐฉํฅ์ ๋ฐ๋ผ์ ์ ์ธต์๊ฐ ์ฆ๊ฐ๋๊ณ , ์ ์ธต๊ฐ์ ์ ์์ฌ์์
์ฃผ๋ก ์ฐ๋ 0, 45, -45, 90o๊ฐ ์ ์ ํ๊ฒ ํฌํจ๋๋ค.
Fig. 14๋ ๋ ๊ฐ์ ํญ๊ณต๊ธฐ ๋์ฒด๊ฐ ์ฐ๊ฒฐ๋๋ Bush ์์์์ ํ
์ค์ ์ถ์ถํ์ฌ ๋ณผํธ ์กฐ์ธํธ ๊ฒฐํฉ ์์ญ์ ์๋ ฅ์ ๊ณ์ฐํ๋ ๋จ๊ณ
์ด๋ค. ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด Shell-Force๋ฅผ ๋จผ์ ์ถ์ถํ๊ณ ์(10)์ ๋ฏธ
๋ถ๋ฐฉ์ ์์ ๊ณ์ฐํ๋ ํด์์ฝ๋์ ๋ณตํฉ์ฌ ์ฌ์ง ํน์ฑ๊ณผ ํ์ค์
์ ๋ ฅํ์ฌ ์์ ๋ง์ง์ด ๊ณ์ฐ๋๋ฉด Fitting์ ๊ตฌ์ฑํ๋ ์ ์ธต ๋๊ป๋ฅผ
์ฆ๊ฐ์์ผ ์์ ์ต์๋ง์ง์ด ๋์ฌ ์ ์๋๋ก ๋ฐ๋ณต ๊ณ์ฐํ๋ค.
๋ ๋จ๊ณ์ ์ต์ ์ค๊ณ ๊ณผ์ ์ ๋ง์น๋ฉด ์ต์ ํ ๋จ๊ณ๊ฐ ๋ง๋ฌด๋ฆฌ
๋๊ณ ๊ธ์์ฌ๋ฅผ ์ ์ฉํ ๋์ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ๋ฅผ ์ ์ฉํ ๋ ์ค๋์ ๋น๊ต
ํ ์ ์๋ค. Fig. 14์ ์ข์ธก์ ์๋ฃจ๋ฏธ๋์ ์ ์ฉํ ๋ ๊ฐ ๋ชจ๋ธ์
๋๊ป์ด๊ณ , ์ฐ์ธก์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ ๋ ๊ฐ ๋ชจ๋ธ์ ๋๊ป์ด๋ค. ๋๋ถ
๋ถ์ ์ข๊ตด์์ ์ต์ ์์ ๋ฅ ์ด ๊ณ์ฐ๋๊ณ ์ฃผ์ ์ค๊ณ์ธ์๊ฐ ๋๋ค.
Skin๊ณผ Rib๊ฐ ์ฅ์ฐฉ๋๋ ์ง์ ์์ Bearing-Bypass ํ์ค์ด ํฌ๊ณ
์ต์ ์์ ์จ์ด ๊ณ์ฐ๋๋ค.
์๋ฃจ๋ฏธ๋์ด ์ ์ฉ๋ ์ค๊ณ๋ ๊ตฌ์ญ ๋ณ๋ก ์คํจ์ ๋๊ป๊ฐ ๋ค๋ฅด๊ณ
๋ณตํฉ์ฌ๊ฐ ์ ์ฉ๋ ๋ถ์๋ ์ ์์กฐ๊ฑด์ ๊ณ ๋ คํ์ฌ ๋๋จ๋ถ ๋ถํฐ ๋
์ฒด์ ์ฅ์ฐฉ๋๋ ๋ถ์๊น์ง ํ์ค์ ํฌ๊ธฐ ์์ผ๋ก ๋๊ป๊ฐ ์์ฐจ์ ์ผ
๋ก ์ฆ๊ฐํ๋ค. ๋ณตํฉ์ฌ์ ์ ์ ์๊ฑด ์ ๋ถ๋๋ฌ์ด ์ค๊ณ ๋๊ป ์ฆ๊ฐ
๋ฅผ ์ ์ฉํด์ผ ์๋ ฅ ์ง์ค์ ํผํ ์ ์๋ค. ์๋ฃจ๋ฏธ๋ ์ค๊ณ ๋๋น ์ค
๋์ 84% ์ค๋์ผ๋ก ์ค๋ ๊ฐ์์ ํจ๊ณผ๊ฐ ์์ผ๋ฉฐ, ์ด๊ธฐ์ค๊ณ ์ดํ
์ ์ ์กฐ๊ฑด, ์ ์ง๋ณด์ ๋ฑ์ ์ฌ๋ฌ ํญ๋ชฉ์ ๊ณ ๋ ค๋์ด์ผ ํ๋ค.
6. ๊ฒฐ๋ก
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๊ธฐ๊ณ์ ์ ํฉ์ด ์ ์ฉ๋ ์ง์ญ์ ํ์ค์ ์ ๋ฌํ
๋ ๋ถ๋ถ์ ์ฒด๊ฒฐ์ ์ํด ํ ๊ฐ๊ณต์ด ํ์ํ๊ณ ์๋ ฅ ์ง์ค ํ์์
Fig. 12 Optimization strategy for minimum weight
Fig. 13 Optimum design results of wing structure
Fig. 14 Bearing-bypass load check at joint fitting
Fig. 15 Result comparison for wing structure
ํ๊ตญ์ ๋ฐ๊ณตํํ์ง ์ 36๊ถ ์ 7ํธ July 2019 / 651
๊ท๋ช ํ๋ค. ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๋ฒ ์ด๋ง๊ณผ ๋ฐ์ดํจ์ค ํ์ค์ ์ํด ์ผ์ด๋๋ ํ
๊ดด๋ชจ๋๊ฐ ์ฃผ์ ์ค๊ณ ์ธ์๋ก ์ค์ ํ์๋ค. ๋ณตํฉ์ฌ๋ฃ ๋ ๊ฐ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ
์ ์๋น์ค๊ณ ํด์๋ชจ๋ธ์ ์ด์ฉํ์ฌ ์ข๊ตด ํ๊ดด๋ชจ๋ ๋ฐ ์์ฐ์์
๊ณ ๋ ค๋๋ ์์๋ฅผ ์ ์ฉํ์ฌ ์ต์ ์ค๊ณ๋ฅผ ์ํํ์์ผ๋ฉฐ, ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ
๊ฒฐํฉ ๋ถ์๋ ๋ณผํธ ์ฒด๊ฒฐ ์๋ ฅ์ฅ์ ๊ณ ๋ คํ์ฌ ์ฒด๊ฒฐ ์กฐ์ธํธ์ ๊ฐ๋
๋ฅผ ์์ธกํ๊ณ ์ค๋์ ์ต์ํํ๋ ์ต์ ์ค๊ณ ๊ณผ์ ์ ์ ์ํ์๋ค.
๋์ฒด์ ๋ ๊ฐ๊ฐ ๊ฒฐํฉ๋๋ ์์ญ์์ ์ข๊ตด ์ด์ธ์ Bearing๊ณผ
Bypass Load๋ฅผ ์ค์ ์ค๊ณ์ธ์๋ก ๊ณ ๋ คํด์ผ ํ๋ค.
REFERENCES
1. Brosius, D., โBoeing 787 Update: Approaching Rollout and First
Flight, the 787 Relies on Innovations in Composite Materials and
Processes To Hit its Targets,โ Journal of High Performance
Composites, Vol. 15, No. 3, pp. 56-59, 2007.
2. Butterworth-Hayes, P., โEuropean Investments Lift Aerodynamic
Research,โ Journal of Aeronautics and Astronautics, Vol. 45, No.
6, pp. 4-6, 2007.
3. Shroff, S. and Kassapoglou, C., โDesigning Highly Loaded
Connections in a Composite Fuselage,โ Journal of Aircraft, Vol
51, No. 3, pp. 833-840, 2014.
4. Liu, F., Zhang, J., Zhao, L., Xin, A., and Zhou, L., โAn
Analytical Joint Stiffness Model for Load Transfer Analysis in
Highly Torqued Multi-Bolt Composite Joints with Clearances,โ
Composite Structures, Vol. 131, pp. 625-636, 2015.
5. Taheri-Behrooz, F., Kashani, A. S., and Hefzabad, R. N., โEffects
of Material Nonlinearity on Load Distribution in Multi-Bolt
Composite Joints,โ Journal of Composite Structures, Vol. 125,
pp. 195-201, 2015.
6. Chen, C., Hu, D., Liu, Q., and Han, X., โEvaluation on the
Interval Values of Tolerance Fit for the Composite Bolted Joint,โ
Journal of Composite Structures, Vol. 206, pp. 628-636, 2018.
7. El-Sisi, A. E. D., Sallam, H. E. D., Salim, H. A., and El-
Husseiny, O. M., โStructural Behavior of Hybrid CFRP/Steel
Bolted Staggered Joints,โ Journal of Construction and Building
Materials, Vol. 190, pp. 1192-1207, 2018.
8. Kwak, Y., Park, S. M., and Park, J., โDynamic Properties of
Bolted Joints in Laminated Composites Evaluated Using
Flexural Wave Propagation,โ Journal of Mechanics Research
Communications, Vol. 92, pp. 37-42, 2018.
9. Liu, F., Lu, X., Zhao, L., Zhang, J., Xu, J., et al., โInvestigation
of Bolt Load Redistribution and Its Effect on Failure Prediction
in Double-Lap, Multi-Bolt Composite Joints,โ Journal of
Composite Structures, Vol. 202, pp. 397-405, 2018.
10. Lee, J. H., Ha, T. H., and Lee, C. H., โComputational Modeling
of Bolt Joint for Machine Tools,โ Journal of the Korean Society
for Precision Engineering, Vol. 29, No. 10, pp. 1070-1077, 2012.
11. Collings, T. A., โOn the Bearing Strengths of CFRP Laminates,โ
Journal of Composites, Vol. 12, No. 3, pp. 241-252, 1982.
12. Niklewicz, J., Ferriss, D. H., Nunn, G. J., and Sims, G. D., โThe
Use of Pin Bearing Data for the Preliminary Design of Bolted
Joints,โ Proc. of International Conference on Joining and Repair
of Plastics and Composites, pp. 13-22, 1999.
Jun Hwan Jang
Professor in the Department of Mechanical
Engineering, Yuhan University. Prof. Jangโs
research interests are in the analysis, design
and manufacture of composite structure.
E-mail: [email protected]
Sang Ho Ahn
Professor in the Department of Mechanical
& Automotive Engineering, Shinhan Uni-
versity. Prof. Ahnโs research interests are in
area of heat transfer of material and process
of manufacturing composite structure.
E-mail: [email protected]