에너지밀도 기반 초고속충돌 금속재 파편의 위협 예측

Abstract

초고속충돌에 따른 재료 파괴는 유체동역학적 거동을 유발하며 이는 소재 밀도에 큰 영향을 받는다. 이와 같은 초고속충돌에 의해 생성된 파편의 위협정도를 산출하고 정량화하기 위하여 파편이 비산, 타격하게 되는 관측평면을 설정, 에너지밀도 즉 평면 내 단위구획당 집중된 파편의 운동에너지에 기반한 통계적 분석을 수행하였다. 초고속충돌 해석은 비선형 해석 소프트웨어인 LS-DYNA를 이용하였으며 이를 위해 알루미늄, 강철 및 텅스텐으로 각각 구성된 위협체와 표적판을 설정하였다. 위협체를 4 km/s의 속도로 표적판과 충돌시켰으며 이를 통해 형성된 파편의 거동은 표적판 후방에 설정된 임의의 관측평면을 통해 고찰하였다. 위협면적 분석결과, 실질적으로 파편에 의해 점유되는 면적은 파편이 분산될 수 있는 최대면적의 약 45 %가 됨을 확인하였다. 또한 최대에너지밀도 값을 통하여 파편의 위협수준을 추정하였고, 고위협영역 내 에너지밀도 분포에 기반한 변동계수를 이용하여 관통, 국부손상 등과 같은 2차 손상의 유형을 평가하였다.