초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 우주선의 열방어시스템에 수 밀리미터 지름의 미세운석과 우주먼지가 초속 7km/s 또는 그 이상으로 초고속 충돌할 때의 복잡한 물리적 현상을 예측하기 위한 수치해석 모델을 개발하는 데 목적을 둔다. 열방어시스템은 다공성 세라믹 타일과 방화 고분자 재료 및 합금재료를 적층한 복합체 구조로 되어있어 연속체를 다루는 요소법과 파편을 다루는 입자법을 혼성하여 사용하였다. 연속체와 파편의 거동을 동시에 기술할 수 있는 해밀턴 역학에 의해 지배 방정식을 유도하였으며 연속체역학과 분체역학을 기반으로 열방어시스템 재료의

□ 연구개요
본 연구는 우주선의 열방어시스템에 수 밀리미터 지름의 미세운석과 우주먼지가 초속 7km/s 또는 그 이상으로 초고속 충돌할 때의 복잡한 물리적 현상을 예측하기 위한 수치해석 모델을 개발하는 데 목적을 둔다. 열방어시스템은 다공성 세라믹 타일과 방화 고분자 재료 및 합금재료를 적층한 복합체 구조로 되어있어 연속체를 다루는 요소법과 파편을 다루는 입자법을 혼성하여 사용하였다. 연속체와 파편의 거동을 동시에 기술할 수 있는 해밀턴 역학에 의해 지배 방정식을 유도하였으며 연속체역학과 분체역학을 기반으로 열방어시스템 재료의 구성 방정식과 상태 방정식도 유도하였다. 다공성 세라믹의 충격 고화 현상과 고화된 파편 입자간 접촉 거동을 예측할수 있는 기계적 구성방정식과 열적 상태방정식 모델의 개발도 함께 수행하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구 목표대비 달성한 연구 결과는 다음과 같다. 적응적 메쉬-입자 세분화 기능을 포함한 입자·요소 분할 알고리듬 개발하였고 시뮬레이션 데이터 시각화와 후처리를 위한 파일 생성 프로그램을 개발하였다. 입자간 접촉탐지 알고리듬, 밀도 보간 알고리듬, 상태방정식 계산 함수, 인공 점성 효과를 계산 함수, 마찰력 계산 함수를 개발하였다. 열방어시스템 복합 구조체를 구성하는 첨단 방호재료에 대한 구성 방정식과 상태 방정식을 기술하기 위해 필요한 재료의 물성 데이터를 확보하였다. 연속체 역학 기반의 탄·소성 이론과 손상 역학 이론을 육면체 요소 계산에 적용하여, 재료의 탄·소성 거동을 해석할 수 있는 알고리듬을 개발하였다. 재료가 한계 응력, 한계 소성 변형률, 용융 온도, 점화 온도와 같은 파손 조건에 도달하였을 때 입자의 파편화를 처리하는 알고리듬을 개발하였다. 입자 해석법을 이용하여 분체의 유동 및 혼합 시뮬레이션을 수행하였다. 현존하는 다공성 세라믹 재료의 분체 역학 기반 모델을 개발하였다. 초고속 충돌 시뮬레이션을 데이터를 시각화 하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구를 통해 개발된 초고속 충돌해석 수치해석 모델은 열방어시스템의 극한 충격하중 하에서의 구조 안정성 전산해석에 사용될 수 있다. 신뢰성이 높은 시뮬레이션 기법의 개발은 설치와 운용에 큰 비용이 발생하는 초고속 충돌시험장을 확보하지 못한 상황에서도 열방어시스템의 설계와 해석을 가능하게 해 준다. 또한, 본 연구를 통한 독자적 전산해석법 개발은 초고속 충돌해석 분야의 기술적 자립성을 확보에도 기여할 수 있을 것으로 기대한다. 특히 본 연구의 세부목표 중 하나인 다공성 세라믹의 충돌역학 모델은 세라믹 이외에 다공성 금속물질과 다공성 고분자재료 등 다른 첨단 재료의 충돌해석에도 활용될 수 있다. 이 밖에도 초고속 충돌 현상에 대한 해석이 필요한 군사과학 분야에서도 본 연구의 결과가 활용될 수 있다는 점에서 타분야로의 파급효과가 크다고 할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구개발의 필요성 ... 4
• 나. 연구 가설 및 최종 목표 ... 4
• 다. 연구 범위 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 가. 1년차 연구수행 내용 및 결과 (2016.11.01~2017.10.31, 12개월) ... 5
• 나. 2년차 연구수행 내용 및 결과 (2017.11.01~2018.08.31, 10개월) ... 9
• 다. 3년차 연구수행 내용 및 결과 (2018.09.01~2019.06.30, 10개월) ... 13
• 라. 4년차 연구수행 내용 및 결과 (2019.07.01~2019.10.31, 4개월) ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 16
• 5. 연구성과 ... 17
• 끝페이지 ... 17