생체 모방 복합재료의 균열 거동 모사를 위한 상장 모델링

Abstract

균열 (crack)의 발생 (initiation)과 진전 (propagation)에 의한 재료의 파괴는 구조물의 붕괴를 초래하는 주요 메커니즘 중 하나다. 산업계에서 사용 되는 공업 재료의 경우 재료 내에 균열이 존재 할 시, 기계적 물성이 크게 약화되며 재료가 파단에 이른다. 뿐만 아니라 공업 재료는 강성이 높을 경우 인성이 낮고, 인성이 높을 경우 강성이 낮은 상보적 관계 (trade-off)를 보였다. 하지만 자연계에서 발견되는 생명체의 몸을 이루는 재료의 경우 혹독한 자연환경에서 얻은 진화의 산물로 고강성-고인성의 성질을 띈다는 것이 보고 되었다. 이러한 재료는 재료에 균열이 존재하더라도 균열 선단에서 응력 집중이 발생하지 않게 하며, 균열 경로가 증대 되게 한다. 본 연구에서는 상장 모델을 사용하여 생체 재료 내의 균열의 거동을 모사하였다. 상장 모델은 기존의 균열 모델보다 더 정확하게 생체 재료의 균열 거동을 모사할 수 있었다. 또한 생체 재료 내의 균열의 거동을 살펴 봄으로써 어떠한 메커니즘으로 생체 재료가 높은 인성을 가질 수 있는 지 살펴보았다.