충돌 성능을 고려한 탄소섬유/유리섬유 하이브리드 복합재료 범퍼 백빔의 최적화에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 유리섬유강화플라스틱의 한 종류인 Glass mat thermoplastic(GMT) 내에 탄소섬유와 유리섬유를 사용한 하이브리드 복합재료를 범퍼 백빔의 재료로 사용하여 강도와 충돌 성능을 향상시켰다. 하이브리드 복합재료의 기계적 성질은 유한요소해석과 이론적 분석을 통해 섬유의 함량에 따라 계산되었다. 계산된 하이브리드 복합재료를 바탕으로, 설계된 범퍼 백빔은 미국 고속도로 안전보험협회(IIHS)의 충돌시험 기준 하에 유한요소해석을 이용하여 충돌 성능을 평가되었다. 또한, 충돌 시뮬레이션을 마이크로 유전 알고리즘을 이용하여 충돌 성능을 유지하며 범퍼 백빔을 경량화하는 두께 최적화를 수행하였다. 최종적으로, 최적화된 하이브리드 범퍼 백빔은 핫프레스 몰딩 과정으로 제조하고, 제조된 범퍼 백빔을 IIHS 충돌 시험하여 그 성능을 평가하였다. 그 결과, 최적화된 후면 범퍼 빔은 기존의 범퍼 빔의 충돌 성능이 동일 하지만 무게가 약 13%의 경량화되었다.