Composite shell structures have been widely used in aerospace, mechanical and other branches of engineering. For composite shell structures, the structural instabilities such as snap-through phenomenon which may affect the appearance of crack or delamination can be easily induced by external load changes. Therefore, the snap-through behaviors should be suppressed for the improvement of structural performances.
In this study, the snap-through behaviors of composite shell structures with piezo-electric actuators are investigated using a finite element method based on the layerwise theory. The arc-length method is used to analyze the snap-through phenomenon including critical load point. To verify developed code, various problems are solved and present results are compared with other previous researchers'. The cylindrical composite panels with MFC actuators are numerically modeled to investigate the suppression of snap-through behaviors. The MFC actuator has much better actuating performances and flexibility for convenient attachment than typical piezo-ceramic actuators. The value of `limit load' is defined as a critical snapping load. The effects of attaching positions of MFC actuators and curvatures of the cylindrical panel are investigated for the increment of limit load. The methodology to suppress snap-through behaviors of composite shell structures is illustrated by changing attached patterns of MFC actuators and applying different voltages.
복합재료 쉘 구조물은 항공우주공학, 기계공학 등에서 매우 광범위하게 사용되어온 구조이다. 복합재료 쉘 구조물은 외력에 의해 구조 내의 결함이나 층간 분리를 유발할 수 있는 스냅스루 현상과 같은 구조적 불안정성을 갖는다. 따라서, 구조의 안정적인 역할 수행을 위해 스냅스루 현상의 억제는 필수적이다. 이 연구에서는 층별 변위장 이론에 기초한 유한요소법을 통해 압전 작동기를 부착한 복합재료 쉘 구조물의 스냅스루 현상이 연구되었다. 극한하중점을 갖는 스냅스루 현상을 해석하기 위해 호길이법이 적용되었고, 개발된 해석 코드의 검증을 위해 여러 가지의 문제들이 해석되었고, 다른 연구의 기존 결과와 비교하였다. 스냅스루 현상의 억제를 관찰하기 위해 MFC 작동기를 부착한 원통형 복합재료 패널이 모델링 되었다. 모델링된 MFC 작동기는 기존의 압전 세라믹 작동기들보다 뛰어난 성능과 부착하기 용이한 유연성을 가지고 있어 스냅스루 현상의 억제에 효과적인 작동기이다. 해석 결과에서 \'극한하중\'이란 값이 정의 되었고, MFC 작동기의 부착 위치 및 쉘 구조물의 곡률에 따른 극한하중의 증가를 살펴보았다. 이를 통해 복합재료 쉘 구조물의 스냅스루 현상을 억제할 수 있음을 확인하였다.
