In recent days, the necessity of lightweight materials is more and more emphasized due to energy problems and environmental requirements. One of the light materials is a sandwich material. Sandwich mate-rial shows excellent mechanical properties as compared to solid material with the same weight. The structures in the pressurized or vacuum container require the high specific stiffness/strength and airtight characteristic. In this thesis, a sandwich panel with tetrahedral cavities has been proposed.
The tetrahedral core provides higher specific shear stiffness than the honeycomb core, because of its geometrical features. Finite element analysis has been carried out to evaluate the characteristics of the tetra-hedral core. The tetrahedral core has been found to be stiffer than other types of cores such as the honey-comb core and the pyramidal core.
The failure map is used for optimal design of the structured sandwich panel with lightweight. The fail-ure of the sandwich panel has been predicted and formulated with an assumption of sandwich beam theory. The failure modes have been attributed to four kinds of mechanisms: face yielding, face wrinkling, core shear yielding and bonding failure. The failure mode boundaries with same weight lines have been plotted with re-spect to geometric parameters on the failure map. Optimization of the tetrahedral core has been carried out through the failure map.
The three-point bending test for the sandwich panel has been conducted to verify the FEM results for two types of cores, such as tetrahedral core and honeycomb core. The sandwich panel consists of three main parts: two face sheets made of PP(Polypropylene) and core made of Vero White as layering material for 3D printing. Since perfect bonding was assumed in the FE analysis, the FEM results showed somewhat different results from the experimental results after de-bonding. The cohesive zone model(CZM) has been used to rep-resent the de-bonding failure in the FE analysis. Moreover, the FE analysis has provided useful results for the optimal design of the core geometry with relatively good agreements.
최근, 에너지 고갈과 환경 문제로 인해 경량화 재료에 대한 요구가 점점 강조되고 있다. 샌드위치 구조는 경량화 재료의 한 종류이다. 샌드위치 구조는 동일 무게의 꽉 찬 재료에 비해 우수한 기계적 특성을 보인다. 압력 용기 또는 진공 용기는 높은 비강성/비강도와 밀폐 특성이 요구된다. 이 논문에서는, 사면체 공동을 가지는 샌드위치 구조가 제안되었다. 정사면체 구조는 기하학적 특성으로 인해 벌집 구조에 비해 높은 비 전단 강성을 갖는다. 정사면체 구조의 특성을 평가하기 위해서 유한 요소 해석을 수행했다. 정사면체 구조는 벌집 구조나 피라미드 구조에 비해 강성이 높은 것으로 판단된다. 파손 지도는 경량 샌드위치 구조의 최적 설계를 위해 사용되었다. 샌드위치 구조의 파손 경향은 샌드위치 빔 이론에 근거해 예상되고, 수식화하였다. 파괴 모드는 네 가지로 분류된다. 표면 판재 항복, 표면 판재 좌굴, 내부 구조 전단 항복, 접착 파단. 파괴 모드 경계는 동일 무게 선과 함께 파손 지도에 그려졌다. 정사면체 구조의 최적 설계는 파손 지도를 통해서 이뤄졌다. 샌드위치 구조의 3점 굽힘 실험은 사면체 구조와 벌집 구조의 유한 요소 해석 결과를 입증하기 위해 수행되었다. 샌드위치 구조는 폴리프로필렌으로 만든 외판재와 3d 프린팅 재료인 베로 화이트로 만든 내부 구조로 이루어져 있다. 외판재와 내부 구조 사이에 완전 접착으로 가정했을 ？, 접착 파단 이후의 유한 요소 해석 결과가 실험과 다소 다르게 나왔다. 이런 문제를 해결하기 위해서 접착 요소를 이용한 유한 요소 해석을 사용했다. 이 해석은 결과와 잘 일치하고 최적 설계에 이용할 수 있었다.
