초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 전산역학과 기계학습법을 통해 비정질금속의 재료거동을 효과적으로 모사 할 수 있는 자유체적모델의 모델변수 회귀프로세스 정립을 목표로 한다. 기존 비정질 금속의 재료모델로 사용되는 Drucker-Prager 모델 대신 비정질 금속의 실제 변형특성을 모사 가능한 자유체적모델의 활용성 증대를 위해 기계학습법에 기반한 모델변수 결정 방법론을 제시한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 목표를 아래 결과를 통해 달성하였다.
(1) FORTRAN 언어에 기반 상용 유한요소해석 프로그램인 A

□ 연구개요
본 연구는 전산역학과 기계학습법을 통해 비정질금속의 재료거동을 효과적으로 모사 할 수 있는 자유체적모델의 모델변수 회귀프로세스 정립을 목표로 한다. 기존 비정질 금속의 재료모델로 사용되는 Drucker-Prager 모델 대신 비정질 금속의 실제 변형특성을 모사 가능한 자유체적모델의 활용성 증대를 위해 기계학습법에 기반한 모델변수 결정 방법론을 제시한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 목표를 아래 결과를 통해 달성하였다.
(1) FORTRAN 언어에 기반 상용 유한요소해석 프로그램인 Abaqus에서 사용가능한 자유체적모델 수치모델의 구현에 성공하였다. 구축된 자유체적모델은 기존 내장모델인 Drucker-Prager 모델과 유사한 수준의 수렴성을 가지면서도 비정질금속 특유의 전단띠 현상과 변형거동을 모사할 수 있어 해석결과 신뢰도를 높였다. 또한, 내 / 외연적 수치해석 솔버와 2D / 3D 요소를 모두 고려해 다양한 해석분야로의 확장성을 지니고 있다.
(2) 자유체적모델을 기반으로 예비 FE해석을 통해 자유체적모델 내 재료변수의 압입하중-변위 곡선의 민감도분석을 수행했고, 이를 통해 비정질금속에 재료거동 모사에 필요한 고정변수를 제시하였다.
(3) 자유체적모델 고정변수의 다양한 조합에 대한 400개의 전산해석 DB를 확보했고, 압입시험에서 자유체적모델 변수 역해석을 위한 적정 데이터특징 (feature)을 제시했다.
(4) 압입시험 / 유한요소해석 / 인공신경망에 기반한 비정질금속의 재료모델변수 회귀방법론을 확립했다. 인공신경망 모델의 결정계수는 R > 0.98로 기존 사상함수법 대비 회귀모델의 신뢰성을 크게 개선시켰다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구를 통해 수치구현된 자유체적모델의 사용자서브루틴 코드는 내 / 외연적(implicit / explicit) 솔버 및 2D / 3D 요소를 모두 고려해 작성되었다. 이를 통해 자유체적 모델을 압입시험의 전산해석 뿐 아니라, 비정질금속으로 구성된 박막, 구조체 또는 제품, 공정해석으로 확장 가능해, DP 모델 대비 높은 신뢰도를 갖는 전산해석모델 구축이 용이하다. 따라서 실험단계에 머무르던 비정질금속의 산업화 및 실용단계 확장을 도모할 수 있을 것이다.
또한, 본 연구에서 제시하는 기계학습법 기반 비정질금속 재료변수 결정 방법론은 단순 벌크 비정질금속 소재의 평가에만 국한되지 않는다. 단층 및 다층 비정질금속 박막의 물성평가, 비정질금속의 원소조합 및 적층구조 최적화 등 다양한 방면으로 확장이 가능하며, 나아가 타 재료모델의 분석에도 충분히 활용 가능해 국내 소재개발 산업 및 유관분야 발전에도 크게 기여할 것으로 사료된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2.1 비정질금속의 재료거동 구성모델인 자유체적모델의 유한요소해석모델 구축 ... 5
• 2.2 압입 유한요소해석 데이터베이스 (DB) 구축 및 적정 데이터 특징 (feature) 설정 ... 6
• 2.3 FVM 모델변수와 데이터 특징간 최적 기계학습 회귀 알고리즘 구축 ... 7
• 2.4 다양한 조성의 Zr 계 비정질금속에 대한 자유체적모델 변수획득 ... 9
• 2.5 압입시험 시 생성된 표면변위장을 이용한 재료물성 평가 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 13
• 3.1 정성적 연구개발성과 (연구개발결과) ... 13
• 3.2 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3.3 목표 달성 수준 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 (연구개발결과의 중요성) ... 14
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 15
• 6. 참고문헌 ... 16
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 24