변형에 의한 패턴변화를 활용한 음의 포아송비 다공성 구조 (Porous Structures with Negative Poisson’s Ratio using Pattern Transformation Triggered by Deformation)

서지정보

· 발행기관 : 한국전산구조공학회
· 수록지 정보 : 한국전산구조공학회논문집 / 30권 / 4호 / 275 ~ 282페이지
· 저자명 : 오명훈, 최명진, 변태욱, 조선호

초록

본 논문에서는 변형에 의해 유발된 패턴변화(pattern transformation)에 기반하여 압축(compression)과 인장(tension) 하중 모두에서 음의 포아송 비(negative poisson’s ratio)를 나타내는 다공성(porous) 구조를 제안한다. 기존에 개발된 원형 구멍을 이용한 구조는 연결선(ligament)의 회전 모멘트 부족으로 인해 인장 시 양의 포아송 비를 나타내는 한계점이 있었으며, 타원형 구멍을 이용한 구조는 응력집중 현상으로 인하여 내구성(durability)이 약한 문제점이 있었다. 이에 본 연구에서는 휘어진 연결선의 배열을 통하여 인장하중 하에서의 회전 모멘트를 증가시키는 동시에 응력집중 현상을 완화하고 변형에너지(strain energy)를 구조물 전반에서 고르게 흡수하도록 설계하였다. 이를 통해 10%의 공칭 변형률(nominal strain) 범위 내의 압축과 인장 모두에서 음의 포아송 비를 가지며, 기존 모델에 비하여 강성(stiffness)과 내구성이 개선된 구조를 개발하였다. 비선형 유한요소해석을 통하여 기존 타원형 구멍 모델과의 비교를 수행하였으며 제안된 모델이 구조의 강성과 내구성 측면에서 현저히 개선됨을 확인하였다.

영어초록

In this paper, using a pattern transformation triggered by deformation, we propose a porous structure that exhibits the characteristic of negative Poisson’s ratio in both tension and compression. Due to the lack of torque for rotational motion of ligaments, the existing porous structure of circular holes shows positive Poisson’s ratio under tension loading. Also, the porous structure of elliptic holes has a drawback of low durability due to stress concentration. Thus, we design curved ligaments to increase the rotational torque under tension and to alleviate the stress concentration such that strain energy is uniformly distributed in the whole structure. The developed structure possesses better stiffness and durability than the existing structures. It also exhibits the negative Poisson ratio in both compression and tension of 10% nominal strain. Through nonlinear finite element analysis, the performance of developed structure is compared with the existing structure of elliptic holes. The developed structure turns out to be significantly improved in terms of stiffness and durability.

참고자료

· 없음