균질화기법 및 몬테카를로 시뮬레이션 기법을 이용한 카본/에폭시 복합재료의 기계적 물성치에 대한 확률론적 해석

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, carbon fiber reinforced plastic (CFRP) composites composed of carbon / epoxy materials were selected as representative materials. First, to carry out the homogenization analysis at the micro level, the effective property value was estimated using the commercial program ANSYS. Mixing law was used to verify the results and tensile test was performed to verify its validity. The tensile test was made according to ASTM 3039, and the test was carried out on a total of seven specimens. On the other hand, the composite material has a dispersion of physical properties due to characteristics such as very strong and anisotropy.
In order to take this into consideration, a probabilistic analysis is performed using tensile test data. The Monte Carlo simulation method was used for the analysis, and the analysis was performed in conjunction with ANSYS and MATLAB. At this time, the total number of samples was 10,000. The variability of the effective properties of the composites was estimated and the effect of dispersion of properties on the properties was evaluated. The sensitivity analysis also confirmed the correlation between mechanical properties and effective physical properties of composites.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 Carbon/epoxy 재료로 이루어진 CFRP(Carbon fiber reinforced plastic) 복합재료를 대표 재료로 선정하여 연구를 진행 하였다. 먼저, Micro level에서의 균질화 해석(Homogenization analysis)을 수행하기 위해 상용프로그램인 ANSYS[13]를 이용하여 유효 물성치를 추정하였다. 그 결과를 검증하기 위해 혼합법칙을 사용하였으며, 인장시험을 수행하여 유효성을 검증하였다. 인장시험은 ASTM 3039를 참조하여 규격에 맞게 제작하였으며, 총 7개의 시편에 대해 수행하였다. 한편, 복합재료는 매우 강한 불균질성 및 이방성 등의 특징으로 인하여 물성의 분산을 가지게 되는데 이를 고려하기 위해 인장시험 데이터를 이용하여 확률론적 해석을 수행하였다. 해석 방법은 몬테카를로 시뮬레이션 기법을 이용하였으며, ANSYS 및 MATLAB을 연동하여 해석을 수행하였다. 이 때, Sample 총 횟수는 10,000을 수행하였다. 이를 통해 복합재료의 유효물성의 변동성을 추정하였으며, 이에 미치는 물성의 분산의 영향을 평가하였다. 또한 민감도 분석을 통해 복합재료의 기계적 물성치와 유효 물성치와의 상관관계도 확인하였다.