초록 ▼

본 연구는 FGM 복합재의 미세구조를 RMDFs기법을 적용하여 실제 입자복합재와 같이 랜덤적 입자분포를 가지는 랜덤 FGM 미세구조를 생성하고, 거시적 수준(macro level)에서부터 미시적 수준(micro level)까지 수준을 달리한 물성모델들을 FGM 복합재 영역 내 적절히 혼합시킨 계층적 모델링(hierarchical modeling) 및 multiscale 시뮬레이션 기법을 개발한다. 또한 이를 기반으로 FGM 복합재 내 응력 집중을 최소화 시켜 피로수명을 극대화 시킬 수 있는 FGM 복합재 물성분포를 설계하기 위한 신

본 연구는 FGM 복합재의 미세구조를 RMDFs기법을 적용하여 실제 입자복합재와 같이 랜덤적 입자분포를 가지는 랜덤 FGM 미세구조를 생성하고, 거시적 수준(macro level)에서부터 미시적 수준(micro level)까지 수준을 달리한 물성모델들을 FGM 복합재 영역 내 적절히 혼합시킨 계층적 모델링(hierarchical modeling) 및 multiscale 시뮬레이션 기법을 개발한다. 또한 이를 기반으로 FGM 복합재 내 응력 집중을 최소화 시켜 피로수명을 극대화 시킬 수 있는 FGM 복합재 물성분포를 설계하기 위한 신뢰성 기반 최적설계 기법과 프로그램을 개발하는 것을 목적으로 한다. 본 과제를 통한 연구성과는 다음과 같다.
[1차년도 연구성과]
가우스 랜덤 함수의 수(N)과 가우스 랜덤 함수의 공간적 폭(sf)에 따른 RMDFs를 생성하고, 생성된 RMDFs를 이용하여 체적분율에 따른 랜덤 FGM 복합재 미세구조 생성 프로그램을 Matlab을 통해 개발하였다. 프로그램을 사용하여 실제 FGM 복합재와 유사한 미세구조 모델의 생성이 가능하여졌다. 프로그램을 사용하여 가우스 함수의 수(N)의 변화에 따라 균질화 모델에서 실제 미세모델까지 계층적 모델 집단의 정의하였고, 단위구조 해석을 적용한 랜덤 FGM 복합재 미세구조의 등가물성치 평가기법을 개발하였다. 계층적 모델 집단의 등가물성 평가를 통해 N의 크기가 커질수록 각 미세구조의 등가물성치 간의 차이가 감소하는 것을 확인할 수 있었고, N이 무한대로 간다면 등가물성치간의 차이는 영에 수렴할 것이라는 결론을 도출하였다. 또한 생성된 랜덤 FGM 복합재 미세구조와 산출된 등가물성을 적용한 외팔보해석을 통해 미시역학적 특성을 분석하였다.
[2차년도 연구성과]
생성된 랜덤 FGM 복합재 미세구조에 대해 multiscale 해석기법인 AEH를 적용하여 등가물성을 산출하였다. 또한 랜덤 FGM 복합재 미세구조에 단위구조해석기법을 적용하여 미시적 수준에서 등가물성을 평가하여 체적분율에 따른 함수를 도출하였다. 이를 통해 거시적 수준에서 등가물성 평가기법인 선형혼합법과 M-S 물성평가기법, 미시적 수준에서 등가물성 평가기법인 단위구조해석의 3가지 물성평가기법을 사용하여 확정론적 최적설계의 결과를 비교하였다. 또한 기능 경사층을 가지는 FGM 복합재에 대해 제작 공정에 의한 임의성을 고려할 수 있도록 신뢰성 기반 최적설계기법을 개발하였고, 공학예제를 통해 기존의 확정론적 최적설계보다 파괴에 대한 신뢰성이 높은 FGM 복합재 구조물의 설계가 가능함을 보였다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 2
• I. 연구결과 요약문 ... 3
• II. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• III. 연구성과 ... 7