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Moldex3D의 섬유 강화 플라스틱(FRP) 해석

작성자 : 편집부 2019-01-04 | 조회 : 1893

Fiber 소개

섬유 강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastics; FRP)는 우수한 기계적 성질, 높은 강도, 부식에 대한 높은 저항 등으로 인해 금속의 대체 재료로 광범위하게 사용되고 있다.

FRP는 매트릭스 및 섬유의 종류, 생산 공정의 방식에 따라 다양한 기계적 특성을 지니게 되며, 이러한 FRP의 특성을 결정짓는 중요한 요소는 섬유 유형, 함량 그리고 섬유의 길이이다. FRP 제품의 기계적 성질은 성형 완료 후 섬유 길이와 방향에 의존된다.

섬유는 성형 중에 파손이 발생하여 길이가 줄어들 수 있으며, 섬유 배향은 재료의 이방성(An-Isotropy) 특성을 결정한다. FRP 제품의 경우 외부 충격에 의한 변형, 파단은 예측하기 어려우며, 설계자들은 이러한 제약에도 불구하고 FRP를 계속해서 사용해왔다.

최근 미국 에너지부(U.S Department of Energy)는 연구를 통해, 실험방식을 통해서는 복잡한 복합소재의 구조를 관찰하기가 어려우므로 시뮬레이션 프로그램을 이용하는 것이 매우 효과적임을 밝혀냈다.

Moldex3D Fiber 모듈 소개

FRP 제품의 이방성 섬유 배향이 제품의 기계적 성질에 미치는 영향은 복합소재 연구 분야에서 줄곧 중요한 이슈가 되어왔다. 사출 제품의 이방성 섬유 배향을 관찰한 결과는 대부분의 경우 전형적인 적층 형상의 구조로 스킨(Skin), 쉘(Shell), 코어(Core) 영역으로 나타난다.

하단의 그림은 FRP를 사용한 사출 제품의 단면에 대한 적층 형상 구조를 보여주는 한 예이다.

실험적으로 도출되는 결과와 비교하여 장섬유(Long Fiber) 및 단섬유(Short Fiber, Chopped Fiber)가 함유된 플라스틱의 성형에서 이방성 섬유 배향을 정확히 예측하는 것이 매우 중요하다.

Moldex3D Fiber 모듈은 섬유 배향에 따른 제품의 변형 및 섬유 강화 재료의 이방성 기계적 특성을 정확히 예측할 수 있어, 제품 및 금형 개발자의 설계에 도움을 준다.

이 모듈을 통해서 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.

- 장섬유(Long Fiber) 및 단섬유(Short Fiber, Chopped Fiber)의 FRP 섬유 배향 계산

- 제품의 이방성 기계적 특성 도출

- 섬유 배향에 따른 제품의 변형 경향 도출

- Moldex3D의 다른 해석(구조 및 열 해석)과의 연계 및 기타 구조해석용 상용 프로그램과의 연계 해석 지원

Moldex3D는 Fiber 배향 해석의 정확성을 높이기 위해 시험 결과와 비교하면서 새로운 이론과 섬유 배향 모델을 선도적으로 만들어 오면서 끊임없이 발전해왔다. 예전 Moldex3D R13 버전에서 이미 스킨(Skin)과 쉘(Shell) 영역에서 뛰어난 예측 결과를 보여줬지만 코어(Core) 영역에서는 여전히 오차가 있었다.

하지만, Moldex3D R14 버전부터 iARD-RPR라는 섬유 배향 이론모델을 도입한 후 섬유 배향 예측 정확도를 현저하게 높여, 스킨(Skin), 쉘(Shell), 코어(Core)에서 모두 만족할 만한 결과를 얻을 수 있었다.