초록 ▼

연구의 목적 및 내용
1. 실용적 (practical) 멀티스케일법 기반 공정 최적화 시스템 개발
2. 경량 고강도 금속재료를 이용한 부품화 공정에서 발생할 수 있는 파괴 (fracture) 및 형상동결성 저하를 최적화 하는 최적 모델 개발
3. 가상재료실험 (Virtual Material Experiment)법을 통한 최적 재료설계법 개발
4. 미세구조 기반 연속체 유한요소해석법 및 3차원 미세조직 RVE법을 이용한 재료설계 연계 공정최적화에 대한 연구

본 연구에서 개발될 주요 연구내용은 3개의

연구의 목적 및 내용
1. 실용적 (practical) 멀티스케일법 기반 공정 최적화 시스템 개발
2. 경량 고강도 금속재료를 이용한 부품화 공정에서 발생할 수 있는 파괴 (fracture) 및 형상동결성 저하를 최적화 하는 최적 모델 개발
3. 가상재료실험 (Virtual Material Experiment)법을 통한 최적 재료설계법 개발
4. 미세구조 기반 연속체 유한요소해석법 및 3차원 미세조직 RVE법을 이용한 재료설계 연계 공정최적화에 대한 연구

본 연구에서 개발될 주요 연구내용은 3개의 큰 연구 소주제로 구성됨.

1) 미세조직 기반 멀티스케일 최적 재료설계 (Material Design)
2) 다차원 실험법에 의한 최적 재료 특성 분석 (Material Characterization)
3) 첨단 유한요소 해석에 의한 공정 최적화법 (Process Optimization)

연구결과
1-3차년도 연구과제 수행을 통한 성과를 요약하면 아래와 같음

1) 미세조직 기반 멀티스케일 모델 확보: 1차년도 및 2차년도 연속 주제로 금속 재료의 변형 거동을 수학적 모사할 수 있는 모델을 확보함. 특히, 경량재료 (마그네슘)의 쌍정 및 전위 기반 소성거동을 실제 제조업에서 적용 가능한 계산속도로 정확히 모사 가능한 유한요소 프로그램을 2차년에 확보함.
2) 모델 검증 및 금속재료의 소성 및 파괴 거동을 효율적으로 측정할 수 있는 실험법 개발. 특히, DIC와 유한요소 해석의 동시 활용으로 단순 실험에 의하여 측정할 수 있는 파괴 특성 분석법 연구 진행. 2차년도의 결과를 지속적으로 활용하여 3차년도에 실제 제조 현장에서도 효과적으로 고차원 재료 모델의 상수를 확보할 수 있는 방안을 마련함.
3) RVE 법을 활용하여 경량자동차용 초고강도강 소재의 대변형 소성 변형 시 이방성의 발현 원인을 규명함.
4) 연속체 기반 상변태 모델 확보: 강도 향상을 위한 상변태 현상을 유한요소해석 프로그램을 활용하여 모사가능 하였으며 이를 통해 자동차 등 제조업 현장에서 활용 가능한 software 개발
5) 경량재료 및 모델 부품을 통한 멀티스케일 공정 최적화 방법 검증 (스프링백, 성형성)
5) 금속 및 재료역학 분야에서 우수한 논문 확보
6) 본 과제를 통해 프랑스의 Global 유한요소 해석 소프트웨어 개발 회사와의 국제 공동 과제 도출

연구결과의 활용계획
○ 기술적 측면
- 경량 금속재료, 특히 초고강도강의 고강도화 및 소성변형 기구 대한 역학적 관점에서의 재해석을 통한 새로운 공정최적화 방법 및 재료설계 방법 개발
- 자동차 등 부품화 공정 최적화의 정확성 및 효율성 증대로 비용절감 및 고부가가치 부품화 공정 확보
- 금속재료의 미세구조를 고려한 멀티스케일 전산모사 방법은 마그네슘 등의 타 경량재료 에도 쉽게 응용될 수 있고, 응용제품 개발을 위한 툴로써 활용될 수 있으므로 다양한 복합상 소재에 응용될 수 있음.
- 삼차원 구성방정식, 유한요소 해석법, 공정-재료설계 최적화 연계를 응용한 수치해석 소프트웨어의 개발에 기여

○ 경제적 측면
- 최적의 부품화 공정에 상응하는 최적의 구조금속 재료설계를 이용하므로 자동차 부품사 뿐만 아니라 소재사의 새로운 시장 개척에 기여할 수 있으며, 타 산업 (전자부품 및 이차전지 소재 등)으로 전파가 용이함.
- 고강도 금속 소재 제품 개발에의 활용을 통한 전통 금속재료의 고부가가치화

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
1. Develop practical multi-scale simulation approach for the process optimization used for real industry
2. Develop process optimization for reducing fracture and elastic shape recovery during forming of lightweight automotive parts
3. Create a realistic virtual materia

Purpose&contents
1. Develop practical multi-scale simulation approach for the process optimization used for real industry
2. Develop process optimization for reducing fracture and elastic shape recovery during forming of lightweight automotive parts
3. Create a realistic virtual material experiment using representative volume element (RVE) approach and its application to the optimal material design concept
4. Link microstructure-based continuum FEM and 3D microstructure-based meso-scale model (crystal plasticity model), which is more tractable for industrial applications

The main contents of the project consist of the following three categories.
1) Microstructure based design of structure metals (Material Design)
2) Multi-directional experimental technique to characterize the mechanical behavior of materials (Material Characterization)
3) Process optimization using advanced material models and finite element simulations (Process Optimization)

Result
Summary of results achieved during the first two years are listed below
1) Develope multiscale model based on microstructure of light-weight metals: mathematical models to describe the mechanical behavior of metals by including effects of dislocation motion, twinning, phase transformation. In particular, a finite element software was developed to simulate the twinning induced anisotropy of Mg alloy sheet and this efficient algorithm can be applied in real industry.
2) Combined DIC and FE simulation model to characterize the plastic and fracture behavior of metals. The final objective should be focused on the development of effective experimental technique which can be utilized by industries.
3) Representative volume element to reveal the mechanism of anisotropy evolution in automotive sheet metals
4) Validation of multiscale approach by applying the developed models for lightweight automotive part forming (springback and formability)
5) Published articles in the top-ranked journals of metallic and mechanics categories
6) Contract research project with ESI-group (French FEM software company) based on the results of this project. This project will be continued for the next three years

Expected Contribution
○ Technical aspects
- Develop optimization technique for process and new material design using simulations
- Accurate, efficient, and cost-saving process prediction by FE simulations, which can be directly used by automotive and related industries
- Multi-scale simulation technique based on microstructure of metals can be expanded to other industries utilizing various light-weight alloys such as electronic, 3D printing etc.
- Promote Korean engineering software industry by connecting material models, finite element method, and process-material design optimization.

○ Economic aspects
- The developed engineering software (and related material model) supports the Korean companies to find new area of industries by using novel material design and optimization technique. For example, the technique for automotive parts can be easily transferred to electronic part industries.
- Increase use of high strength multi-phase materials

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 8
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 15
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 16
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 16
• 8. 참고문헌 ... 17
• 9. 연구성과 ... 18
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 25
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 26
• 12. 기타사항 ... 27
• 별첨1 대표연구실적 ... 28
• 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 38
• 끝페이지 ... 51