층간 파괴인성을 고려한 유리섬유강화 폴리프로필렌 복합재의 저속 충돌 유한요소해석

Abstract

본 연구에서는 층간 박리현상을 예측하기 위해 유리섬유강화 폴리프로필렌 복합재료를 이용하여 저속충격 시험에 대한 유한요소해석을 실시하였다. 물성 실험을 통한 복합재료의 강도와 강성을 측정하고, 순수 파괴모드(pure mode) 및 복합 파괴모드(mixed mode) 파괴인성 실험을 통하여 파괴인성에 대한 고유한 파괴 기준을 정립하였다. 또한 데미지 모델(damage model)을 이용하여 복합재료의 면 내 물성과 층간 물성을 모델링 하였으며 이를 혼합 파괴모드 굽힘 시험(mixed mode bending test)을 통하여 모델링의 검증 과정을 거쳤다. 최종적으로 저속 충격 시뮬레이션을 진행하여 충격 특성과 층간 박리 여부를 실험 결과와 비교한 결과 충격력(impact load)은 3.5 %, 충격구(impactor) 변위는 2.5 %의 차이를 보였으며, 반경 15mm 크기를 갖는 부채꼴 형태의 박리 형상을 정확히 예측하여 본 연구에서 정립한 모델링의 타당성을 확보하였다.