표제지
초록
Abstract
목차
기호 17
제1장 서론 18
1.1. 연구 배경 및 목적 18
1.2. 미래항공교통의 내추락성 22
제2장 에너지 흡수 성능 판단 지표 28
2.1. 개요 28
2.1.1. EA, Energy Absorption 28
2.1.2. SEA, Specific Energy Absorption 29
2.1.3. MCF, Mean Crushing Force 29
2.1.4. STD, Standard Deviation 35
2.1.5. SMCF, Specific Mean Crushing Force 35
제3장 충격 흡수 구조체 설계 37
3.1. 충격 흡수 구조체 선정 37
3.1.1. 개요 37
3.1.2. Maxwell Stability Criterion 38
3.1.3. 충격 흡수 구조체 설계 40
3.2. 유한 요소 해석 41
3.2.1. 단위 구조체 41
3.2.2. 4x4x5 구조체 분석 45
3.3. 금속 적층 제조 기술을 이용한 충격 흡수 구조체 제작 49
3.3.1. 개요 49
3.3.2. 충격 흡수 구조체 제작 50
3.4. 실험 결과 및 분석 53
제4장 충격 흡수 구조체의 성능 인자 분석 60
4.1. 단위 구조체의 크기 60
4.1.1. 개요 60
4.1.2. 격자 구조의 단위 구조체 크기 선정 62
4.1.3. 구조체 제작 및 준정적 압축 시험 64
4.1.4. 실험 결과 및 분석 70
4.1.5. 결론 72
4.2. 내부 밀도 조절 73
4.2.1. 개요 73
4.2.2. 메타 모델 기반의 최적 설계 76
4.2.3. 실험 계획법을 이용한 표본 추출 80
4.2.4. 유한 요소 해석 및 크리깅 기법을 이용한 반응 표면 구축 86
4.2.5. 반응 표면을 이용한 충격 흡수 구조체 개선 94
4.2.6. 충격 흡수 구조체의 제작 및 준정적 압축 시험 95
4.2.7. 낙하 충격 해석 98
4.3. 격자 구조 부위별 스트럿 강화 104
4.3.1. 개요 104
4.3.2. 단위 구조체의 스트럿 별 에너지 흡수 기여도 분석 106
4.3.3. 단위 구조체의 스트럿 형태 변경 및 유한 요소 해석 113
4.3.4. 구조체 제작 및 준정적 압축 시험 121
4.3.5. 스트럿 강화를 통한 충격 흡수 개선 124
4.3.6. 스트럿 강화 모델의 내부 밀도 조절을 통한 성능 향상 125
제5장 결론 127
참고 문헌 130
Table 1.1. 경 고정익 항공기의 비상 착륙 동적 조건 23
Table 1.2. 경 회전익 항공기의 비상 착륙 동적 조건 23
Table 1.3. DLR에서 제시하는 비상 착륙 상황 27
Table 3.1. BCC 기반의 단위 구조체와 BCCz 기반의 단위 구조체 설계 형상 41
Table 3.2. 유한요소해석을 통해 얻은 4x4x5 구조체 에너지 흡수 성능 평가 지표 48
Table 3.3. CAD 기반의 격자 구조 단위 구조체와 4x4x5 구조체 51
Table 3.4. 준정적 압축 실험을 통해 얻은 4x4x5 구조체의 에너지 흡수 성능 평가 지표 비교 56
Table 4.1. 단위 구조체 크기에 따른 단위 구조체의 배치 63
Table 4.2. 전자빔 소결 방식을 이용해 제작한 단위 구조체 크기별 격자 구조 65
Table 4.3. 3mm 크기의 단위 구조체 압축 시 에너지 성능 평가 지표 비교 66
Table 4.4. 4mm 크기의 단위 구조체 압축 시 에너지 성능 평가 지표 비교 67
Table 4.5. 6mm 크기의 단위 구조체 압축 시 에너지 성능 평가 지표 비교 68
Table 4.6. 12mm 크기의 단위 구조체 압축 시 에너지 성능 평가 지표 비교 69
Table 4.7. 구조체의 내부 밀도 조절 방식 분류 80
Table 4.8. 질량이 50.56g인 구조체의 내부 밀도 조절 경계 표본 84
Table 4.9. 질량이 76.83g인 구조체의 내부 밀도 조절 경계 표본 84
Table 4.10. 질량이 107.50g인 구조체의 내부 밀도 조절 경계 표본 84
Table 4.11. 밀도 조절 방식에 따라 크리깅 기반으로 구축한 반응 표면 92
Table 4.12. 밀도 조절 형상에 따라 크리깅 기반으로 구축한 반응 표면 93
Table 4.13. 내부 밀도 조절 구조체 설계 95
Table 4.14. 실험값과 이론값의 비교를 통한 내부 밀도 조절 모델의 성능 검증 98
Table 4.15. BCCz+cross 구조체의 스트럿 별 변형 모델 분류 107
Table 4.16. BCCz+cross 구조체의 스트럿 별 강화 및 약화 모델의 에너지 흡수 성능 평가 지표 비교 108
Table 4.17. 보정된 BCCz+cross 구조체 스트럿 별 강화 및 약화 모델 분류 111
Table 4.18. BCCz+cross 구조체의 스트럿 별 강화 및 약화 모델의 에너지 흡수 성능 평가 지표 112
Table 4.19. 스트럿 강화 방법에 따른 분류 114
Table 4.20. 스트럿 강화 방법에 따른 스트럿 별 반경 115
Table 4.21. Single-Tapered 방식을 이용해 설계한 구조체의 정면도 116
Table 4.22. BCC 부분이 Uniform인 Single-Tapered 구조체의 에너지 흡수 성능 평가 지표 비교 117
Table 4.23. BCC 부분이 Strengthen인 Single-Tapered 구조체의 에너지 흡수 성능 평가 지표 비교 117
Table 4.24. BCC 부분이 Weak인 Single-Tapered 구조체의 에너지 흡수 성능 평가 지표 비교 118
Table 4.25. Double-Tapered 구조체의 에너지 흡수 성능 평가 지표 비교 120
Table 4.26. Double-Tapered 방식을 이용한 구조체의 유한 요소 해석 및 준정적 압축 실험을 통한 에너지 흡수 성능 평가 지표 비교 123
Figure 1.1. 연도별 전국 교통혼잡비용 추이 18
Figure 1.2. 광역권별 교통 혼잡 비용 추정결과 19
Figure 1.3. NASA Langley Research Center에서 진행된 eVTOL 낙하 충돌 시험 21
Figure 1.4. 빌딩블록접근법 도식화 24
Figure 1.5. 인체 수직 방향에 대한 Eiband Curve 25
Figure 1.6. DLR 비상 착륙 상황 별 척추에 가해지는 하중 27
Figure 2.1. 충격 흡수 구조체의 압축 시 일반적인 변위-하중 선도 29
Figure 2.2. 미래항공교통에 장착되는 충격 흡수 구조체의 도식화 30
Figure 3.1. 고체 결정 격자 구조 38
Figure 3.2. 핀 조인트 구조의 연결 방식에 따른 지배 형태 39
Figure 3.3. 지배 형태에 따른 일반적인 응력-변형률 선도 40
Figure 3.4. 단위 구조체의 압축 변위에 따른 압축 파손 거동 및 응력 분포 43
Figure 3.5. 단위 구조체의 압축 변위에 따른 하중 선도 44
Figure 3.6. 4x4x5 구조체의 압축 변위에 따른 압축 파손 거동 및 응력 분포 46
Figure 3.7. 준정적 압축해석을 통한 4x4x5 구조체의 압축 변위에 따른 하중 선도 47
Figure 3.8. CFM International 社 LEAP 엔진에 적용된 3D 프린팅 연료 노즐 50
Figure 3.9. 전자빔 소결 방식을 이용한 충격 흡수 구조체 제작 52
Figure 3.10. 준정적 압축 시험 장치와 구조체의 압축 형상 53
Figure 3.11. 준정적 압축 실험에 따른 구조체의 압축 파손 양상 54
Figure 3.12. 준정적 압축 실험을 통해 얻은 구조체 별 변위-하중 선도 비교 55
Figure 3.13. 구조체별 질량 기반 에너지 흡수 평가 지표 비교 그래프 57
Figure 3.14. 구조체별 압축 파손 하중 표준편차 지표 비교 그래프 58
Figure 3.15. 구조체 별 유한요소해석과 준정적 압축 실험의 데이터 비교 59
Figure 4.1. 단순보의 좌굴 60
Figure 4.2. 3mm 크기의 단위 구조체 압축 시 변위-하중 선도 66
Figure 4.3. 4mm 크기의 단위 구조체 압축 시 변위-하중 선도 67
Figure 4.4. 6mm 크기의 단위 구조체 압축 시 변위-하중 선도 68
Figure 4.5. 12mm 크기의 단위 구조체 압축 시 변위-하중 선도 69
Figure 4.6. 단위 구조체의 크기 및 구조체의 종류에 따른 SEA. SMCF 비교 71
Figure 4.7. 단위 구조체의 종류 별 단위 구조체 크기에 따른 SEA, SMCF 경향성 비교 71
Figure 4.8. 포멜로 열매 껍질에서 착안하여 설계한 격자구조의 내충격성 73
Figure 4.9. 포멜로 열매 껍질에서 착안하여 설계한 격자구조의 내충격성 74
Figure 4.10. 내부 밀도를 조절하는 내부 밀도가 균일한 구조체의 면 75
Figure 4.11. 내부 밀도를 조절하는 내부 밀도가 조절된 구조체의 면 75
Figure 4.12. BCCz+cross 구조체의 질량비 77
Figure 4.13. BCCz+cross 구조체의 질량비 표준편차 78
Figure 4.14. 내부 밀도 조절 메타 모델 생성을 위한 표본 추출 82
Figure 4.15. 질량비 표준편차의 최대값을 고려하여 보정한 샘플링 모델 86
Figure 4.16. 내부 밀도 조절에 따른 반응 표면 91
Figure 4.17. Arcam EBM Q10 Plus 96
Figure 4.18. 전자빔 소결 방식으로 출력한 구조체 96
Figure 4.19. 내부 밀도 조절 모델의 이론값과 실험값 비교 97
Figure 4.20. Joby Aviation 社 S-4 Model 99
Figure 4.21. Butterworth Filter의 종류와 기능 도식화 101
Figure 4.22. 유한 요소 해석을 통한 낙하 충돌 해석 모사와 상판에 전달되는 가속도 103
Figure 4.23. 스트럿 굵기를 조절한 특정 부분 강화 104
Figure 4.24. 스트럿 변형을 통한 에너지 흡수 성능 분석 105
Figure 4.25. 에너지 흡수 성능이 우수한 구조체의 변위-하중 선도 109
Figure 4.26. Model 2-3의 압축 변위-하중 선도 113
Figure 4.27. Double-Tapered 방식을 이용해 설계한 구조체의 정면도 119
Figure 4.28. 전자빔 소결 방식을 이용해 제작한 스트럿 강화 충격 흡수 구조체 122
Figure 4.29. Double-Tapered 방식을 이용한 구조체의 압축 변위에 따른 압축 파손 하중 선도 비교 122
Figure 4.30. 저역 통과 버터워스 필터를 이용해 보정한 데이터 125
Figure 4.31. DDD Model의 Center-Gradient 내부 밀도 조절 반응 표면 126