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케블라 복합재 평판의 고속충돌 특성 수치해석
High Velocity Impact Analysis of Kevlar29/Phenolic Composite Plate 원문보기

복합재료 : 한국복합재료학회지 = Journal of the Korean Society for Composite Materials, v.22 no.2, 2009년, pp.18 - 23  

안정희 (경상대학교 항공기부품기술연구소) ,  권진회 (경상대학교 기계항공공학부, 항공기부품기술연구소) ,  최진호 (경상대학교 기계항공공학부, 항공기부품기술연구소)

초록
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비선형 동적해석 유한요소 프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 속 파편모의탄 충돌에 의한 Kevlar29/Phenolic 복합재 평판의 파손특성을 해석하였다. 적층판과 충격체는 고체요소를 사용하여 이상화하였고, 복합재 층과 층 사이 파손 해석을 위해서는 타이드 브레이크(tied-brake)요소를 사용하였다. 충격체와 복합재 적층판은 면-대-면 소멸 접촉 알고리즘을 사용하였다. 충격체에 의한 파손과 충격체의 관통을 모사하기 위해 응력이 일정한 파손기준식을 만족하면 해당되는 요소의 해당층은 제거된다. 해석 결과는 기존의 시험 결과와의 비교를 통해 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Failure of Kevlar29/Phenolic composite plate under high velocity impact of FSP(Fragment Simulation Projectile) is investigated using a non-linear explicit finite element code, LS-DYNA. Composite laminate and impactor are idealized by solid element and interface between laminas are modeled by tied-br...

주제어

#복합재료   #고속충돌   #케블라   #층간분리  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 그러나 전반적으로, 복합재의 고속충돌에 대한 관심에도 불구하고 국내에서는 수치적 방법을 사용한 고속충돌해석 연구를 찾아보기 어렵고, 해외 연구에서도 충분한 데이터가 제공되지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 복합재 고속충돌 수치해석을 위한 기초연구로, 파편모의탄 (FSP: Fragment Simulation Projectile)에 의한 고속 충돌을 받는 단순지지된 직조 케블라/페놀(Kevlar29/Phenolic) 복합재 평판에 대한 수치해석을 수행하였다. 비선형 동적해석 코드인 LS6YNA 를 이용하여 적절한 요소분할을 포함한 접촉 (contact), 소멸(eroding) 및 층간 인터페이스를 부가한 수치 모델을 개발하였다.
  • 본 연구에서는 비선형 동적 해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하여 1.1g 고속 모의 충격체로 충돌되는 Kevlar29/Phenolic 평판 복합재 적층판에 대한 수치해석 모델을 개발하였다. 수치 모델의 타당성을 검증하기 위해 각 속도별 해석결과를 참고문헌[11]에서 개발된 사용자정의 재료모델(UMAT) 및 시험치와 비교 검토한 결과 충격체 속도이력, 배면변위, 층간분리 모사들이 잘 일치하고 있다.
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참고문헌 (16)

  1. 정우균, 안성훈, 이우열, 김희재, 권정원, "세라믹/유리섬유 강화 복합재 적층판의 고속충돌에 의한 파괴거동," 한국정밀공학회지, 제23권 제5호, 2006, pp. 170-176 

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  2. D. Liu, "Charaterization of Impact Properties and Damage Process of Glass/Epoxy composite Laminates," Journal of Composite Materials, Vol. 38 No. 16, 2004, pp. 1425-1442 

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  3. B. L. Lee, T. F. Walsh, S. T. Won, H. M. Patts, J. W. Song, and A. H. Mayer, "Penetration Failure mechanisms of Armor-Grade Fiber Composites under Impact," Journal of Composite Materials, Vol. 35 No. 18, 2001, pp. 1605-1633 

    상세보기 crossref

  4. 지국현, 김승조, "저속충격을 받는 적층 복합재료 평판의 직접수치모사," 한국복합재료학회지, 제19권 제2호, 2006 

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  5. A. Tabiei and l. Ivanov "Computational Micro-Mechanical Model of Flexible Woven Fabric for Finite Element Impact Simulation," Proc. of the 7th International LS-DYNA Users Conference, 2002, pp. 8-15 

  6. M. Unosson and E. Buzard, "Scalar and Vectorized User Defined Material Routine in LS-DYNA," FOA Defence Research Establish ment, Methodology Report, 2000 

  7. 공창덕, 김영광, 이승현, "탄소/에폭시 복합재 적층판과 강판의 저속충격 거동에 관한 비교연구," 한국복합재료학회지, 제20권 제5호, 2007, pp.1-6 

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  8. 이복원, 이성현, 김천곤, 윤병일, 백종규, "전단농화유체를 함침한 케블라 직물의 저속충격가동 및 마찰특성연구," 한국복합재료학회지, 제21권 제2 호, 2008, pp. 15-24 

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  9. 박재범, 김동륜, 김형근, 황태경, "저속 충격하중을 받는 탄소섬유강화 복합재 압력용기의 잔류강도 저하평가," 한국복합재료학회지, 제21권 제3호, pp. 9-17 

  10. A. Tabiei and Q. Chen, "Micromechnies Based Composite Material Model for Crash worthiness Explicit Finite Element Simulation," Journal of Composite Materials, Vol. 14 No. 4, 2001, pp. 264-289 

  11. J. V. Hoof, "Modeling of Impact lnduced Delamination in Composite Materials," Ph.D. Thesis, Dep. Mechanical and Aerospace Engineering, Carleton University, Ontario, 1999 

  12. "Ballistic Impact Modeling of Composite Materials," Material Sciences Corporation & 7th lnt. LS-DYNA User Conference, 2002, pp. 6-23 

  13. G. Zhu, W. Goldsmith, and C.K.H Dharan, "Penetration of Laminated Kevlar by Projectiles-l. Experimental Investigation," Int. J. Solids Structures, Vol. 29, No. 4, 1992, pp. 399-420 

    상세보기 crossref

  14. LSTC, "LS-DYNA Keyword User Manual," Livermore Software Technology Corporation, 2007, Version 971 

  15. K. Schweizerhof, K. Weimar, T. Munz, and T. Rottner, "Crashworthiness Analysis with Enhanced Composite Material in LS-DYNA- Material and Limits," Proc. of the LS-DYNA World Conference, 1998, pp. 14-15 

  16. LSTC, "LS-DYNA Theory Manual," Livermore Software Technology Corporation, 2006 

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