지능구조물중 압전소자가 부착된 복합재료 구조물의 능동제어를 위하여, 임의 위치에서의 변형예측을 필요로 한다. 본 연구에서는 미지의 외부환경에 의해 변형되는 구조물의 변형형상을 구조물에 부착된 감지기 압전소자에서의 신호(전압)를 통하여 예측하는 방법을 제시하고자 한다. 즉, 구조물의 변형 및 신호기 압전소자에서 나타나는 전압과 힘과의 선형관계를 이용하여 선형행렬을 구성 하여, 이후 압전소자에서 나타나는 전압과 선형행렬로 구조물의 임의 위치에서의 변형예측방법을 제시한다.
이러한 목적으로 압전소자가 부착된 복합재료의 구조해석을 위한 프로그램이 8개의 절점과 32개의 자유도를 가진 3차원 다층입체요소(multilayered brick element)를 이용하여 개발되었다. 실험과의 비교ㆍ검증을 통해 개발된 프로그램의 정확성을 확인하였다. 3차원 다층입체요소(multilayered brick element)는 요소내에서 물성치를 여러가지로 변화시킬수 있으며 비적합 모드(incompatible mode)를 고려함으로서 굽힘거동에 대한 정확도를 높일 수 있었다.
개발된 지능구조물 해석 프로그램을 이용한 변형형상예측방법의 타당성을 보이고 검증을 하기 위하여 Crawley에 의해서 실험되었던 시편에 적용, 변형형상의 예측치와 유한요소해석의 결과와 비교하여 좋은 결과를 얻었다.
A shape estimation is needed to control actively a smart structure of composite materials with the distributed piezoceramics. A method is, hence, proposed to predict the deformed shape of the structure subjected to the unknown external loads using the signal from the piezoceramic sensors. A linear relationship is derived between the deformation of the structure and the signal from the sensor, and the deformed shape is, then, calculated using the linear matrix and the signals from the piezoceramic sensors.
A structural analysis program using a multi-layered finite element with 8 nodes and 32 degrees of freedom is developed in order to calculate the linear matrix. The accuracy of the program is, then, verified by being compared with the experimental results performed by Crawley. Using the incompatible made in that program is found to be crucial to catch accurately the bending behavior.
The method of predicting the deformed shape using the linear relation between the deflections and signal from the piezoceramic sensors is also verified and applied to two sample problems. The deflections calculated using the program are well predicted by the method using the linear matrix.
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