관통 형상과 파편 분산범위 분석을 통한 초기 충격자 형상과 충돌 속도 예측

Abstract

고속충돌은 구조체의 관통 및 파괴뿐만 아니라 구조체 내부에 많은 파편을 생성하고, 그 파편은 2 차 충돌현상을 유발한다. 따라서 이와 같은 충돌조건에서 구조물과 시스템을 보호하기 위해서는 다양한 형태의 충격자 및 파편으로 발생되는 관통 형상과 파편 흔적을 분석하고, 아울러 이를 야기한 초기 충돌조건을 예측할 필요가 있다. 본 연구에서는, 고속충돌로 인한 알루미늄 판재의 관통 형상과 파편 분산 범위를 분석하고 이를 바탕으로 초기 충격자 형상 및 충돌속도를 예측하였다. 첫째, 구형 알루미늄 충격자(지름: 4mm, 초기속도: 4 km/s)와 알루미늄 판재(두께: 2mm)에 대해 충돌해석을 수행하였으며, 수치해석에 의한 파편분산 범위를 Zhang 의 실험결과와 비교하였다. 둘째, 파편 분산범위의 중심으로부터 총 파편의 30%, 50%, 95%을 포함하는 가상의 원을 각각 지정하고 이를 바탕으로 초기 충격자의 형상을 예측하였다. 최종적으로, 관통구의 지름과 형상보정인자를 고려한 수정된 De Marre 방정식에 근거하여 충격자의 초기 충돌속도를 예측하였다. 그 결과 초기 충격자 형상 및 초기 충돌속도는 각각 약 6.4 %와 0.1 % 이내의 범위에서 잘 예측되었다. 따라서 본 연구에서 제안된 관통 형상과 파편 분산 범위 분석 방법론은 여타 충격자의 초기 충돌형상 및 충돌속도를 예측하는데 활용될 수 있을 것으로 사료된다.