비관통 충격이 보호장비 착용자 인체에 미치는 수치해석 및 영향도 분석

Abstract

다양한 산업환경에서 발생하는 충격은 보호구를 관통하지 않더라도 인체 상해를 유발할 수 있다. 비관통 충격의 영향도 분석은 인체 상해에 영향을 미치는 주요 인자를 파악할 수 있게 하기 때문에 보호장비 성능 향상에 필수적이다. 본 연구에서는 보호장비 소재로 사용되는 ABS 판재에 대한 낙하충격시험을 수행하였고 관통구 직경을 측정하였다. 3차원 유한요소해석을 수행하였으며 인체 거동 모사를 위한 인체모사재로는 Ballistic gelatin을 사용하였다. 결과적으로, 예측된 관통구 직경은 실험 결과값과 최대 6 % 미만의 차이를 보였다. 참고문헌의 결과값과의 비교를 위해 추가적인 유한요소해석을 수행하였으며, 예측된 관통구 직경 및 침투 깊이는 참고문헌의 실험결과와 최대 5 %미만의 차이를 보였다. 이는 본연구에서 적용한 인체거동 모델이 타당함을 뜻한다. 검증된 재료거동 모델에 기반하여 다양한 충격 조건에서 충격 시뮬레이션을 수행하였다. 충격체의 질량, 속도, 충격 각도에 따라 인체에 나타나는 최대 응력을 비교하였고, 각 조건들 간의 영향도 분석을 위해 다중회귀분석을 수행하였다. 결론적으로 충격체의 속도가 인체상해와 인체에 나타나는 최대응력에 가장 지배적인 영향을 미치는 인자였다. 따라서, 본 연구에서 제시한 방법론은 효과적이며 다양한 충격 위협에 노출되어 있는 산업 종사자의 안전을 위해 활용될 수 있을 것이다.