음수 등 다양한 푸아송비를 가지는 등방성 격자 구조물

Abstract

푸아송비란 물질의 축 방향으로 힘이 가하였을 때 물체의 길이 방향 변형도와 횡 방향 변형도의 비를 말한다. 푸아송비는 균질이고 등방성인 재료의 경우에 재료 고유의 값을 갖으며 탄성계수, 전단탄성계수, 체적계수와의 관계를 통하여 이론적으로는 -1부터 0.5로 제한되는데 자연에 존재하는 대부분의 물질은 양수값을 가진다. 본 연구에서는 구조최적설계를 이용하여 이론적 허용범위를 넘어서는 푸아송비를 가지는 등방성 격자 구조물을 설계하고 사용자가 정의하는 값의 푸아송비를 가진 등방성 격자 구조물을 설계하는 방법을 제시한다. 설계는 다음과 같은 순서로 이루어진다. 개념설계 과정에서 음의 푸아송비를 가지는 구조물을 구성하고 힘을 전달해주는 부재를 추가한다. 상세설계 관계에서는 구조최적설계로 격자 구조물의 푸아송비를 최소화, 최대화하여 격자 구조물이 가질 수 있는 푸아송비를 파악하고, 최종적으로 사용자가 정의하는 값의 푸아송비를 가진 등방성 격자 구조물을 도출한다. 이 과정에서 구조물의 단면적 반지름과 구조물의 형상이 변화한다. 위와 같은 설계 방법을 이용하여 음수를 포함한 다양한 푸아송비를 갖는 등방성 격자 구조물을 설계하였다. 만들어진 구조물은 3D 프린터를 통하여 출력을 하였다.