고속충돌에 따른 금속재 파편의 분산거동

Abstract

위협체가 구조물에 충돌할 경우, 손상 및 파괴에 의해 발생한 파편은 구조물 후방에 존재하는 여타 구성부품에 2차 손상을 유발할 수 있다. 본 연구는 이 같은 파편들의 분산거동을 예측하기 위해 고속충돌시험과 함께 수치해석을 수행하였다. 고속충돌시험은 위협체, 표적판 및 관측판으로 구성하였다. 원통형 위협체 (지름 20 mm, 길이 19 mm)와 표적판(두께 5 mm)은 S45C강철과 알루미늄, 두 종류의 소재가 각각 사용되었고, 표적판으로부터 200 mm뒤에 배치된 알루미늄판은 관측판 (5mm 두께)으로 사용되었다. 위협체는 약 1 km/s의 속력으로 표적판과 충돌하고, 이 충돌로 인하여 발생한 파편은 관측판에 손상을 유발한다. 충돌 후 파편으로 인하여 관측판에 형성된 분산 반경을 측정하였으며, 강철 위협체가 강철 표적판 충돌했을 때 파편의 분산 반경이 가장 컸으며, 알루미늄 위협체가 강철 표적판과 충돌한 경우에는 관측판에 손상의 거의 발생하지 않았다. 수치해석은 실험과 동일한 조건하에서 수행되었다. 충돌로 인한 파편의 발생과, 발생한 파편으로 인한 관측판의 손상을 모사하기 위하여 SPH-FE연계 기법이 수치해석상에 적용되었다. 실험과 해석 결과는 5% 이내의 오차로 잘 일치하였으며, 본 연구에서 제시한 SPH-FE연계 기법의 타당성과 함께 고속충돌과 관련된 해석에 충분히 적용될 수 있을 것으로 판단된다.