위상필드 균열 정식화를 이용한 그래핀이 강화된 원통형 구조물의 좌굴 수치해석

초록

본 논문은 그래핀 혈소판(GPL)으로 보강되고 내부 균열을 가진 원통 복합 구조물에 대한 임계 좌굴하중의 수치적 고찰을 다루고 있다. 임계 좌굴하중을 정확하게 평가하기 위해 이차원 자연요소법(NEM) 기반으로 개발한 효과적인 위상필드 균열모델을 제시하였다. 그래핀 혈소판은 두께방향으로 특정한 기능적 분포패턴으로 원통형 구조물에 삽입되어 있다. 수치적으로 균열의 존재를 표현하는 전통적인 절점분리 기법은 모델링의 번거로움은 물론 수치적 불안정성을 야기할 수 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 본 논문에서의 위상필드 정식화에서는 수치 그리드의 복잡한 작업 없이 위상 필드를 도입하여 균열을 표현하였다. 개발된 수치기법의 안정성과 신뢰성은 그리드 밀도에 따른 수렴성과 참고문헌과의 비교를 통해 입증하였으며, 그래핀이 보강된 원통 복합재의 좌굴특성을 관련된 주요 인자들에 따른 파라메트릭 수치실험을 통해 고찰하였다.

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