형상기억합금이 삽입된 복합재료 구조물의 저속충격해석

Abstract

섬유 강화 복합재료는 비강성과 비강도가 우수하여 최근 많이 사용되고 있다. 하지만 이는 충격에 약한 특성이 있어 외부로부터의 충격 시에 쉽게 손상을 입을 수 있다. 특히, 저속 충격 시에는 복합재료 구조물의 내부나 충격의 반대 면에 손상이 일어나기 때문에 발견이 어려울 뿐 아니라 이로 인한 손상은 구조물의 특성을 약화 시켜 위험한 상황을 유발할 수 있다. 복합재료의 충격에 대한 저항성을 증가시켜 충격 시에 손상을 줄이기 위한 한가지 방법으로 형상기억합금을 삽입하는 방법이 있다. 형상기억합금은 상 변화를 통해서 큰 변형을 일으키며 많은 에너지를 흡수할 수 있어, 복합재료에 삽입하면 많은 충격에너지를 흡수하여 충격에 의한 손상을 줄일 수 있다. 본 연구에서는 형상기억합금 필름이 삽입된 복합재료 구조물의 충격특성을 연구하기 위해서 형상기억합금의 거동을 고려하기 위한 프로그램 개발이 선행되었다. 충격해석을 위해서는 상용프로그램인 ABAQUS를 사용하였다. 또한 형상기억합금 필름의 거동을 고려하기 위해서는 Lagoudas의 3차원 모델에 평면응력을 가정한 2차원 모델을 사용하였고, ABAQUS에서 지원하는 사용자 정의 재료 서브루틴인 VUMAT의 형태로 프로그램을 개발하여 ABAQUS와 연계 해석을 수행하였다. 복합재료의 경우 손상에 의한 강성의 저하가 크게 나타나기 때문에 정확한 충격해석을 위해서는 손상해석을 고려할 필요가 있다. 이를 위해서 복합재료의 손상 모드에 따른 손상 기준과 손상 모델을 이용하여 손상해석 알고리즘을 VUMAT의 형태로 개발하고, 이를 해석에 고려하였다. 형상기억합금을 복합재료 구조물에 삽입하는데 있어서 많은 변수들이 존재하는데 이러한 변수들이 구조물의 충격특성에 미치는 영향을 연구하기 위해서 개발된 해석 프로그램을 이용하여 파라미터 스터디를 수행하였다.