실험모델 바탕의 유연도 기반 부분구조 합성법을 적용한 평판 구조 동적 응답

Abstract

발사체에 위성을 탑재하여 무사히 운용궤도에 안착시키기 위해서는 사전에 연성하중해석을 수행하여 설계하중을 벗어나는 동적하중이 가해지는 부분이 있는지 파악하고, 이에 대한 조치를 취해야만 한다. 연성하중해석은 여러 구조가 결합하여 이루어진 크고 복잡한 시스템을 부분구조 합성법을 통해 각 부구조의 유한요소모델을 축소 후 결합하여 구축된 결합모델로 하중해석을 수행하는 기법으로, 모델 구축시 대부분 크레이그-뱀프톤 방법 (Craig-Bampton method)을 사용해왔다. 현재까지 크레이크-뱀프톤 방법 외에 더 개선된 부분구조 합성법이 개발되어왔으나, 알고리즘이 단순하면서도 수치적 안정성과 정확도까지 보장되는 크레이그-뱀프톤 방법을 대부분 보수적으로 사용하고 있다. 부분구조 합성법이 현장에서 적용되기 위해서는 유한요소모델을 시험 데이터 기반으로 업데이트 후 부분구조 합성법을 적용하는데, 크레이그-뱀프톤 모델의 경우 고정 경계 모드 (fixed interface mode)를 측정하기 위해 임의로 연결부에 경계조건을 가해야 하는 번거로움이 있고, 경계부 구속 모드 (interface constraint mode) 를 실험을 통해 업데이트하기 어렵다는 단점이 있다. 이와 달리 자유 경계 모드 (free interface mode)를 사용하는 부분구조 합성법은 실험기반 모델 구축에 용이하다. 최근 자유 경계 모드를 사용하는 유연도 기반 부분구조 합성법 (flexibility-based component mode synthesis)의 수치모델에 대한 과도해석 연구가 수행되었고, 크레이그-뱀프톤 방법보다 신뢰도가 높은 해석이 가능하다는 것을 보였다. 하지만 아직 실험모델 바탕의 연구는 수행되지 않아 이에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 크레이그-뱀프톤 방법과 유연도 기반 부분구조 합성법을 이용해 구축한 각 부분구조의 유한요소모델을 실제 제작한 구조의 실험 모드해석을 통한 모드 매개변수 식별 후 모델을 업데이트 및 결합모델을 구축하여 연성하중해석 수행 및 실험 결과와의 비교를 통해 유연도 기반 부분구조 합성법의 성능을 검증하는 것을 목표로 한다. 실험 검증 이전에 크레이그-뱀프톤 모델 및 유연도 기반 부분구조 합성법 모델 구축, 모드해석, 주파수 응답 및 과도 응답 해석을 수행하는 프로그램을 구축하였고, 수치 예제를 통해 검증하였다. 평판 모델의 부구조 모델을 실제 제작한 구조의 실험 모드해석을 통해 업데이트한 뒤 크레이그-뱀프톤, 유연도 기반 부분구조 합성법 모델을 구축하였고, 이를 이용해 연성하중해석을 수행하여 산출된 결과를 실제 제작한 평판의 시험 결과와 비교 후 정확도를 비교함으로써 실험기반 모델에 대해 유연도 기반 부분구조 합성법으로 크레이그-뱀프톤보다 신뢰도가 더 높은 연성하중해석을 수행할 수 있음을 보인다.