Finite element analysis for predicting impact behavior of thermoplastic composites

Abstract

본 연구에서는 상대적으로 취약한 열가소성수지복합재료(Thermoplastic composites)에 대한 Impact 해석 case study를 통해, element 특성 등을 고려한 해석 방법 확립 및 주요 설계 변수(Impact energy, Lay-up sequence, 재료 선정 등)에 따른 영향도 분석을 실시하였다. 또한, Multi-scale 방식을 활용한 다각적이고 심층적인 Impact 해석을 진행하였고, 보편적으로 쓰이는 Macro-scale 방식과의 비교를 통해 기존 해석을 검토하였다. 이때, Multi-scale방식이라 함은 복합재료를 구성하는 Matrix와 Fiber 각각의 물성치를 활용한 전체 복합재료 구조물의 거동을 예측하는 것으로, 복합재료 자체의 물성치 없이, 각각의 물성치만으로도 예측이 가능하므로, 효율적이며 정밀도가 높은 기법으로 알려져 있다. 본 논문은 크게 각 해석 방법(methodology) 검증, Multi-scale 기법(Multi-fiber model)을 활용한 Impact 거동의 미시적 해석 및 macro-scale 해석 검토, 주요 설계 변수인 Impact energy 및 Lay-up sequence, 재료 선정 등의 영향도 분석의 3가지 파트로 나누어 구성하였다. 이 과정을 통해, 간단한 평판 모델의 해석을 검증하고, 그 결과를 element 선정부터 mesh size 고려 등 해석의 기초단계부터 설계 변수의 영향도를 판단하는 기준을 제시하는데 활용할 수 있을 것으로 판단된다.