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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

김태렬 (건국대학교, 건국대학교 대학원)

지도교수
구남서
발행연도
2014
저작권
건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수3

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이 논문의 연구 히스토리 (4)

초록· 키워드

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초고속으로 비행하는 비행체 구조물의 표면온도는 공력가열로 인하여 1000 °C 이상으로 상승하게 되는데 이로 인하여 많은 안전 문제가 발생하게 된다. 예를 들면, 열변형, 열응력 뿐만 아니라 탄성계수의 급감, 허용응력 급감 등 문제를 야기한다. 또한 온도의 변화와 구조물의 경계조건에 따라 구조물의 내부에는 열변형과 열응력이 생성된다. 때문에, 구조물을 디자인 할 때 구조물의 표면 온도와 열변형 및 열응력을 계측하고 이에 따라 재료의 선택 및 구조물의 안전설계를 적용할 필요가 있다.
구조물의 변형을 계측하는 전통적인 방법에는 변형률 게이지를 사용하는 방법과 접촉식 고정밀 변위센서를 사용하는 방법이 있다. 하지만 이 방법들은 구조물에 센서를 부착해야 하는 단점과 센서를 부착한 부위만 측정 된다는 단점이 존재한다. 광학적인 방법으로 구조물 전체 영역의 변위를 계측하는 방법인 레이저 스페클 상관기법, 모아레 간섭법 및 광탄성 효과를 이용한 계측기법이 있다. 하지만, 이들은 측정 과정이 복잡하고 장비가 상대적으로 고가라는 단점들이 존재한다. 전통적인 측정기법으로 시편 구조물의 열변형을 계측은 어렵지 않지만 복잡한 구조물의 변형 및 구조물 사이의 복잡한 상호작용을 측정함 있어서 일정한 한계가 있다.
최근, 전통적인 방법을 보완한 새로운 측정기법인 디지털 영상 상관기법의 연구 및 이를 이용하는 응용연구가 많은 주목을 받고 있다. 디지털 영상 상관 기법은 구조물의 변형전과 변형 후의 영상을 비교하여 구조물 전체의 변형을 계측하므로 구조물에 센서를 부착할 필요도 없고 계측과정이 상대적으로 간단하다. 지금까지 기계적 변형, 열변형, 동적 변형, 충격, 파단 등 많은 연구에 응용하였으며 구조물이 얇고 유연하여 센서를 부착하지 못하는 구조물의 계측에서 뛰어난 성능을 발휘하였다. 특히, 구조물 전체 영역의 변형을 계측할 수 있어서 구조물 사이의 상호작용을 정확하게 측정 가능하다. 측정방법, 가격, 결과의 정확도 등 여러 가지 요소를 다른 계측 방법과 비교하였을 때 디지털 영상 상관 기법은 제일 우수한 성능을 나타내었다.
본 연구는 디지털 영상 상관 기법을 이용하여 금속 및 복합재료 구조물의 열변형, 열좌굴 및 구조물의 사이의 상호작용을 계측하였다. 구체적으로 알루미늄 링과 티타늄 링으로 구성된 이중 링 구조물의 열변형 및 열응력 계측, 티타늄 링과 알루미늄 원판으로 구성된 구조물에서 원판의 열좌굴 현상 및 티타늄 링과 원형 래미네이트 복합재료의 열좌굴 현상을 계측하였다. 또한, 디지털 영상 상관 기법은 영상처리기법을 바탕으로 하는 기법이므로 변형을 측정하고 계산하는 과정에서 발생되는 에러에 대하여 평가를 하여 보다 정학한 측정결과를 획득하기 위하여 노력하였다. 마지막으로 측정한 계측결과의 정확성을 확인하기 위하여 유한요소해석기법을 사용하여 구조물의 열변형 및 열좌굴 현상을 분석하고 측정한 결과와 비교를 하였다.

목차

Chapter 1. Introduction 1
1.1 Motivation 1
1.2 Research objective and contribution 4
1.3 Literature review 4
1.4 Outline of dissertation 8
Chapter 2. Background 9
2.1 Thermal deformation measurement 9
2.2 Digital image correlation technique 13
2.2.1 Correlation criteria 13
2.2.2 Sub-pixel displacement 19
2.2.3 Strain calculation 24
2.2.4 Error estimation of DIC 26
Chapter 3. Experimental setup 29
3.1 Measurement system 29
3.2 ARAMIS system 31
3.3 Error estimation of measurement system 33
3.4 Summary 42
Chapter 4. Thermal deformation of a double ring structure 43
4.1 Double ring structure 43
4.1.1 Thermal deformation measurement using DIC 43
4.1.2 Aluminum plate 43
4.2 Experimental setup 45
4.3 Finite element model 45
4.4 Comparison of the analytical and experimental result 47
4.4.1 Thermal deformation 47
4.4.2 Thermal strain and stress 50
4.5 Summary 59
Chapter 5. Thermal buckling of aluminum plate 60
5.1 Aluminum plate 60
5.1.1 Thermal buckling measurement 60
5.1.2 Aluminum plate specimen 61
5.1.3 Thermal buckling of aluminum plate 62
5.2 Experimental setup 66
5.3 Finite element analysis 67
5.4 Comparison of the analytical and experimental result 71
5.4.1 Thermal buckling of aluminum plate 71
5.4.2 Thermal deformation 75
5.4.3 Thermal strain and stress 77
5.5 Summary 79
Chapter 6. Thermal buckling of laminated composite 80
6.1 Laminated composite plate and theoretical buckling 80
6.1.1 Full-field deformation measurement in composite material 80
6.1.2 Laminated circular plate 81
6.1.3 Theoretical buckling 82
6.2 Experimental setup 87
6.3 Finite element analysis 88
6.4 Comparison of the analytical and experimental result 93
6.4.1 Thermal buckling 93
6.4.2 Thermal deformation 96
6.4.3 Thermal strain and stress 98
6.5 Summary 99
Chapter 7. Conclusions 100
7.1 Concluding remark 100
7.2 Future work 101
References 102
Appendix 111
Abstract 115

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