복합재의 실험적모드분석과 유한요소해석 간의 상관관계 분석에 관한 연구

Abstract

본 연구는 나날이 그 사용요구가 증가하는 복합재료의 진동특성 예측 및 해석에 필요한 재료 물성치 최적화에 관한 연구 방법을 제시한다. 먼저 비교적 정확한 예측이 가능한 강재를 활용하여 모드형상 및 고유진동수 해석을 수행하였다. 이이서 모달시험을 위한 사전분석으로 가속도센서 무게에 의한 질량부하효과를 확인하고 최적의 응답점 및 가진점 위치를 선정하였다. 모달시험은 앞서 선정한 응답점에 가속도센서를 부착하고 임팩트헤머로 가진하여 응답함수를 저장하였다. 응답함수의 FRF(Frequency Response Function, 주파수 응답) 및 MMIF(Multivariate Mode Indicator Function, 다변수 모드 지시 함수)를 이용하여 모드형상 및 고유진동수를 확인하였다. 모드해석과 모달시험의 비교를 위해 고유진동수 편차 분석 및 MAC(Modal Assurance Criteria, 모드상관계수) 분석을 통한 모드형상 일치성 분석을 수행하였다. 이 후 재료의 강성행렬 및 질량행렬의 독립변수를 수정하여 해석과 시험의 편차를 최소화하는 최적의 재료 물성치를 도출하였다. 복합재의 경우도 강재와 동일한 방법으로 연구를 수행하여 두 차이를 확인하였다. 강재 및 복합재의 모드해석, 모달시험 및 재료 물성치 최적화 결과, 강재의 고유진동수 편차 및 모드형상 분석값(MAC)이 유사하여 물성치 최적화의 효과가 크지 않았다. 복합재의 경우 해석과 시험의 차이가 비교적커서 최적화를 통해 고유진동수 및 모드형상을 일치시킬 수 있었다. 복합재의 경우 직교 적층하는 제작공정의 영향을 받아 강재에 비해 다소 부정확함을 확인하였고 모드해석, 모달시험 및 재료 물성치 최적화를 통해 해석 모델링의 신뢰도를 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 지속적인 데이터 축적을 통해 실제 제품 설계에 신뢰도 높은 예측 모델을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.