저속 충격 시뮬레이션

워크숍 1 : 하이브리드 코어 샌드위치 구조에 대한 저속 충격 시뮬레이션

코어 샌드위치 구조는 알루미늄 합금 코어로 강화된 에폭시-유리 섬유로 제작된 표면 시트를 사용하여 제작됩니다. 이러한 설계 개념을 통해 샌드위치 구조는 고유의 굽힘 강성과 강도를 최적화하는 동시에 에너지 흡수 능력을 향상시킬 수 있습니다. 충격 시 복합재의 거동을 시뮬레이션하기 위해, 하신 실패 기준 채택되었습니다. 명시적 절차는 특히 샌드위치 패널이 충격으로 인해 붕괴되는 경우 이 분석에 적합한 것으로 간주됩니다.

워크숍 2: CFRP 스트립을 사용한 철근 RC 슬래브의 저속 충격 시뮬레이션

이 튜토리얼에서는 Abaqus 소프트웨어를 사용하여 저속 충격 시 CFRP(탄소 섬유 강화 폴리머) 스트립으로 보강된 철근 콘크리트(RC) 슬래브의 거동을 살펴봅니다. 철근 콘크리트 슬래브는 건설 프로젝트에서 일반적으로 사용되며 수직 정적 및 동적 하중을 견디도록 설계됩니다. 그러나 설계 과정에서 충격과 같은 충격 동적 하중의 영향이 간과되는 경우가 많습니다. 충격 하중에 대한 RC 슬래브의 응답은 아직 완전히 이해되지 않았지만, 다양한 응용 분야에서의 관련성으로 인해 이 분야의 연구는 계속되고 있습니다. 여기에는 낙석, 차량 또는 선박과 건물, 교량 또는 해양 시설 간의 충돌과 같은 우발적인 상황을 견디도록 설계된 철근 콘크리트 구조물뿐만 아니라 군사 요새 또는 핵 시설과 같이 위협이 높거나 위험한 환경에 사용되는 구조물이 포함됩니다. 결과적으로 철근 콘크리트 구조물의 충격 저항성과 성능을 향상시키는 설계 절차를 개발하기 위한 많은 노력이 있어 왔습니다.

본 연구에서는 콘크리트 슬래브를 CDP(Concrete Damage Plasticity) 재료 모델을 사용하여 3차원 구성요소로 표현합니다. 반면 CFRP 스트립은 하신의 손상 기준과 결합된 탄성 특성을 갖는 3차원 쉘 구성요소로 모델링합니다. 철근은 탄소성 재료 모델을 사용하여 와이어 구성요소로 모델링합니다.

시뮬레이션은 표면 간 접촉을 포함하는 동적 명시적 단계를 활용했습니다. 콘크리트와 CFRP 사이의 접촉은 완전 접촉으로 간주되며, 콘크리트 내부의 철근에는 매립된 영역 제약 조건이 적용됩니다. 슬래브에는 고정 경계 조건이 적용되고, 강체에는 초기 속도가 할당됩니다. 시뮬레이션에 사용된 메시는 인장 및 압축 손상의 전파 및 기타 결과에 긍정적인 영향을 미칩니다.

워크숍 3 : 유리섬유 알루미늄 적층판의 저속 충격 시뮬레이션 및 손상 평가

이 튜토리얼에서는 Abaqus 소프트웨어를 사용하여 유리 섬유 알루미늄 적층판(GLARE)의 저속 충격에 대한 반응과 손상 메커니즘을 시뮬레이션하는 방법을 살펴봅니다. GLARE는 항공기 구조물에 일반적으로 사용되는 재료이며 저속 충격에 자주 노출됩니다. 본 연구의 목적은 단일 및 반복 저속 충격에 노출되었을 때 GLARE의 동적 반응과 손상 메커니즘을 분석하는 것입니다. 시뮬레이션에는 상단과 하단에 두 개의 알루미늄 판과 중앙에 네 개의 유리 섬유 판을 사용합니다.

알루미늄 판 위에 강체 발사체가 가하는 변형과 손상을 예측하기 위해 Johnson-Cook 소성 및 손상 모델을 사용했습니다. 유리 섬유의 경우, 공학 상수 탄성과 하신(Hashin)의 손상 기준을 사용하여 섬유에 대해 표현했습니다. 이러한 유형의 해석에는 동적 명시적 절차가 적합하다고 판단되었습니다. 접촉 영역에서는 강성, 손상 및 접선 거동을 고려하기 위해 응집 거동을 구현했습니다. 응집 접촉에서 충격 에너지가 미리 정의된 값을 초과하면 표면 사이에 박리가 발생합니다. 충격 영역에는 미세한 메시를 사용하는 것이 중요합니다. 시뮬레이션 후 응력, 변형률, 손상 및 기타 관련 데이터와 같은 출력을 얻을 수 있습니다.

워크숍 4 : 철근 콘크리트 보에 대한 저속 충격으로 인한 손상 조사

이 튜토리얼에서는 Abaqus에서 철근 콘크리트 보에 가해지는 저속 충격으로 인한 손상에 대한 연구를 살펴봅니다. 철근 콘크리트 구조물은 오랫동안 널리 사용되어 왔지만, 충격 하중을 받을 때의 거동에 대한 이해는 아직 제한적입니다. 기존 설계 기준은 충격 하중을 받는 구조물에 대한 일반적인 설계 원칙을 제시하기 위해 동등한 정적 접근법을 사용합니다. 철근 콘크리트 보의 충격력과 변위는 단일 자유도(SDOF) 또는 2자유도(2DOF)와 같은 일반적인 스프링-질량 모델을 사용하여 추정할 수 있습니다. 본 연구에서는 콘크리트 보는 3차원 요소로, 철근 보는 와이어 요소로, 그리고 발사체는 강체로 모델링합니다.

강재는 모델에서 연성 손상 특성을 갖는 탄소성 재료로 표현됩니다. 콘크리트 재료의 경우 모델링이 중요하지만, Abaqus 라이브러리에서 제공되는 재료 모델은 손상 및 파괴를 정확하게 예측하는 데 적합하지 않습니다. 따라서 본 시뮬레이션에서는 Johnson-Holmquist 재료 모델을 사용합니다. 이러한 유형의 해석에는 동적 명시적 절차가 적합한 것으로 간주됩니다.

보는 콘크리트 호스트 내에 내장된 영역으로 구현되며, 페널티 접촉 거동을 갖는 표면 간 접촉을 활용하여 접촉 상호작용을 정의합니다. 발사체에 초기 속도를 지정하여 충격을 시작합니다. 시뮬레이션에 사용된 메시의 품질이 결과에 상당한 영향을 미친다는 점에 유의해야 합니다.

시뮬레이션을 통해 손상, 응력, 변형률, 하중 다이어그램과 같은 귀중한 정보를 얻을 수 있습니다.