초록 ▼

○ 연구개요
강유전성 압전재에 전기장이나 응력이 과도하게 작용할 때 자유 에너지 저감을 위하여 재료는 도메인 스위칭을 하게 된다. 본 연구에서는 특히 압전재의 분극 방향과 평행하게 압축 응력이 작용할 때 발생하는 스위칭으로 인한 비선형 거동에 주목하였다. 압축 응력으로 인해 주로 90도 스위칭이 발생하며 이로 인한 비선형 거동을 예측할 수 있는 구성 모델식을 개발하는데 도움이 되는 체계적인 실험 지식을 구축하려고 한다. 구성 모델식 개발을 위해 먼저 재료 선형 상수와 잔류 상태 변수의 관계를 규명하고 잔류 상태 변수와 인가 응

○ 연구개요
강유전성 압전재에 전기장이나 응력이 과도하게 작용할 때 자유 에너지 저감을 위하여 재료는 도메인 스위칭을 하게 된다. 본 연구에서는 특히 압전재의 분극 방향과 평행하게 압축 응력이 작용할 때 발생하는 스위칭으로 인한 비선형 거동에 주목하였다. 압축 응력으로 인해 주로 90도 스위칭이 발생하며 이로 인한 비선형 거동을 예측할 수 있는 구성 모델식을 개발하는데 도움이 되는 체계적인 실험 지식을 구축하려고 한다. 구성 모델식 개발을 위해 먼저 재료 선형 상수와 잔류 상태 변수의 관계를 규명하고 잔류 상태 변수와 인가 응력과의 관계식을 제안하고자 한다.

○ 연구 목표대비 연구결과
강유전성 압전재에 압축 응력이 작용하여 비선형 거동이 발생할 때 재료 선형상수와 잔류 상태 변수의 관계를 파악하려는 연구 목표는 100% 달성하였으며, 현재 관련 연구 결과를 논문으로 작성하는 작업을 진행 중이다. 압축 응력과 잔류 상태변수의 관계식을 구함으로써 압전재의 1차원 비선형 거동 구성 방정식을 개발하려는 연구 목표는 80% 정도 달성하였다. 현재 분극 처리된 시편에 압축응력을 인가하였을 때 잔류 분극 밀도와 잔류 변형률의 변화에 대한 실험 데이터를 구한 후 인가된 압축 응력과의 관계를 파악하는 연구를 진행하고 있으며 조만간 구성 모델식을 제안할 수 있을 것이다.
실험에 기반한 구성 방정식의 개발은 본 연구 분야에서 최초의 독창적인 연구도전이며 따라서 오랜 연구 기간을 필요로 한다. 본 과제의 연구 기간은 1년에 불과하며 의미 있는 연구 결과를 내기 위해서는 적어도 2-3년간의 추가 연구 기간이 소요된다고 판단한다.

○ 연구개발결과의 중요성
본 연구 과제는 산업 현장에서 발생하는 문제를 단기간에 해결하는 과제는 아니다. 압전재와 같은 첨단 소재의 비선형 거동을 이해하고 또 예측할 수 있는 구성 모델식을 개발하여 궁극적으로는 유한요소 해석과 같은 거시적 해석 도구를 개발함으로써 연구와 산업 현장에 응용하려는 장기적이고 근본적인 주제의 연구 과제이다.
이번 재도약 연구 결과의 중요성은 압전재의 비선형 거동에서 잔류 상태 변수를 구하였고 재료 선형 상수와 잔류 상태 변수의 관계를 정리하였다는 점에 있다. 그 결과 압전재의 비선형 거동 구성 모델식을 개발하려는 장기적 연구 목표의 달성에 핵심적인 진전을 이루었으며, 장기적으로는 본 연구 결과가 압전재의 비선형 거동에 대한 유한요소 해석 도구의 개발에 중요한 기여를 할 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 2.1 재료 선형 상수의 잔류 상태 변수 의존성 ... 6
• 2.2 압축 응력으로 스위칭이 발생할 때 잔류 상태 변수 거동 ... 8
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 9
• 3.1 개발된 1차원 구성모델의 일반화 ... 9
• 3.2 유한요소 모델링과 산업적 응용 ... 9
• 3.3 기타 지능 재료들로의 적용 ... 9
• 4. 참고문헌 ... 9
• 5. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 9