전기–유압 유사성을 접목한 단방향 섬유 강화 복합재료의 수직 방향 투수 계수 예측

Abstract

복합재료는 기존의 재료에 비해 높은 비강성과 비강도를 가져 항공우주, 자동차, 스포츠 산업 등 경량화가 요구되는 다양한 분야에 적용되고 있다. 복합재료의 결함 최소화를 위해 투수 계수를 통해 공정 과정 중 수지의 유동 양상 파악을 파악하는 것은 필수적이다. 본 연구는 수직 방향 투수 계수를 예측할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 섬유와 수직인 방향 투수 계수의 정확한 예측을 위해 대표 체적 요소의 단면 형상을 고려하였다. 섬유의 유체 유동 저항성을 정량화하기 위한 인자로 섬유 간 간격이 사용되었고, 등가 길이는 섬유 배열에 따른 수지의 유로 변화를 나타내는 인자로 사용되었다. 전기-유압 유사성을 접목하여 투수 계수 예측 알고리즘을 작성하고 다양한 섬유 부피 분율에서 수직 방향 투수 계수를 예측하였다. 예측을 위한 코드는 MATLAB, Python으로 구성하였고, 유동 해석은 상용 전산 유체역학 프로그램으로 수행되었다. 수치해석 결과와 유동 해석을 통해 얻은 투수 계수가 거의 일치함을 확인하여 알고리즘을 검증하였으며, 소요 시간은 유동 해석 대비 65배 이상 감소하였다.