접착요소와 마이크로 유전자 알고리즘을 이용한 복합재 보강 패널의 최적설계

Abstract

섬유강화 복합재료는 기존의 금속 재료에 비하여 비강성과 비강도가 우수하여 구조물의 무게절감 효과가 뛰어나다. 복합재료의 가장 큰 특징은 재료물성이 기계적,열적, 물리적으로 이방성을 지닌다는 것으로, 이는 구조설계 관점에서 매우 큰 장점으로 작용하기도 하나 반면에 재료의 역학적 특성과 파손원리를 복잡하게 만드는 원인이기도 하다. 그 동안 그에 관한 많은 연구가 수행되었으며, 복합재료의 이방성을 활용한 최적화된 구조물을 설계하는 연구도 많이 진행되었다. 그러나 구조물의 복잡한 좌굴특성을 분석하는 경우에 대해서는 여전히 많은 개선점이 요구된다. 본 논문에서는 좌굴 후 파손하중을 최대화하는 보강 패널의 적층 및 보강재 형상 최적화를 수행하였다. 이를 위해 분리 파손을 모사하여 좌굴 후 강도를 실제적으로 예측할 수 있는 해석 모듈을 구성하였다. 분리 파손을 고려한 복합재 패널 구조의 좌굴 후 거동 해석을 수행하고, 기존의 해석결과와 시험결과와 비교하여, 실제와 보다 가까운 좌굴 후 거동 예측을 위해서는 해석모델에 스킨-보강재의 분리파손이 고려되어야 함을 입증하였다. 그리고 복합재 구조의 최적화는 큰 비선형성과 높은 계산비용으로 인한 한계를 지니므로, 정확성과 계산 효율성을 높이기 위해 마이크로 유전자 알고리즘 기법의 적용을 제안하였다. 다른 최적화 방법들과의 비교검증을 통해 마이크로 유전자 알고리즘의 성능과 효율성을 검증하였다. 위그선 주익 복합재 패널의 보강재 설계를 위해 최적설계 시스템을 구축하여, 좌굴 후 하중을 최대화하기 위한 적층각 및 보강재 최적설계를 수행하였다. 최적화 결과 최대 하중뿐만 아니라 좌굴 후 강성 역시 크게 증가하였다.