TLV 모델을 사용한 PMMA 압입시의 수평 점성거동 분석 = Investigation of in-plane visco-deformation in PMMA indentation via TLV model

국문 초록 (Abstract)

Two-layer visco-plasticity (TLV) 모델을 통해 PMMA 의 시간 의존적 압입 거동 및 수평 변위장을 분석한다. PMMA 의 TLV 모델 변수는 인장 시편에 대해, 유한요소해석 (FEA), 최적화법을 사용해 추정했다. TLV 모델과 추정된 변수를 검증하고자 압입 크리프, 응력완화 등 점성거동을 동반하는 나노 및 마이크로 압입 시험과 FEA 를 수행했다. 실험 − FEA 간 압입 하중 − 변위 (P - h) 곡선 비교시, 해중 구간 일부를 제외하고 일치함을 보였다. 이는 TLV 모델의 지연 탄성 회복 모사 불능에 기인하는 것으로 추정된다. 압입시험후 수 일에 걸쳐 압입 수평 변위 (ui) 의 변형 회복을 관찰했다. ui 변형 회복의 특성, 크기에 영향을 주는 요인들이 논의되었다. 또한, PMMA 의 점탄성 특성에 기인하는 압입 이력에 무관한 ui 회복률의 상대적인 비례관계가 실험과 해석적으로 확인된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Time-dependent in-plane deformation in PMMA indentation is investigated via two- layer visco-plasticity model (TLV). Parameters of TLV for PMMA were calibrated for tensile specimens using finite element analysis (FEA) and an optimization approach. The TLV model with the calibrated parameters was then employed to simulate nano- and micro-indentation behaviors including creep, relaxation, and other responses under various test conditions. Comparisons of experimental and FEA indentation load-depth curves showed agreement except the last unloading segment. This discrepancy was attributed to the lack of TLV model to replicate the delayed elastic recovery. In addition, deformation recovery with in-plane displacement (ui) was observed for a few days after indentation load removal. The characteristics of ui recovery and the factors influencing its magnitude are discussed. The proportionality of relative ui recovery rate features prominently in the viscoelastic properties of PMMA, regardless of indentation history.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 폴리머 전산 모사 연구 동향 1
• 1.2 폴리머 압입 시험 3
• 1.3 폴리머 변형 회복 4
• 1.4 연구목표 5
• 제 2 장 재료 및 연구방법 6
• 2.1 Two-layer visco-plasticity 모델 6
• 2.2 Prony series 모델 8
• 2.3 실험 및 재료 9
• 2.3.1 인장 시험 9
• 2.3.2 나노 및 마이크로 압입 시험 10
• 2.3.3 마이크로 압입 변위장 계산 11
• 2.4 유한 요소 해석 12
• 2.5 최적화 법 13
• 제 3 장 나노 및 마이크로 압입 하중-변위 17
• 3.1 TLV 모델 변수 추정 17
• 3.2 TLV 모델 변수 검증 18
• 3.2.1 나노 압입 하중-변위 비교 18
• 3.2.2 마이크로 압입 하중-변위 비교 19
• 제 4 장 마이크로 압입 수평 변위 23
• 4.1 수평 변위 회복 23
• 4.2 수평 변위간 k 배 관계 24
• 4.3 압입 시험 조건에 따른 수평 변위 25
• 제 5 장 압입 수평 변위 회복 전사 모사 29
• 5.1 수평 변위 회복 해석 29
• 5.2 해석 수평 변위간 k 배 관계 30
• 제 6 장 결 론 33
• References 35