에너지밀도 기반 초고속충돌 금속재 파편의 위협 예측 (Threat Prediction of Metal Debris by a Hypervelocity Impact Based Upon Energy Density)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 A / 42권 / 1호 / 37 ~ 47페이지
· 저자명 : 사공재, 우성충, 김진영, 김태원

초록

초고속충돌에 따른 재료 파괴는 유체동역학적 거동을 유발하며 이는 소재 밀도에 큰 영향을 받는다. 이와 같은 초고속충돌에 의해 생성된 파편의 위협정도를 산출하고 정량화하기 위하여 파편이 비산, 타격하게 되는 관측평면을 설정, 에너지밀도 즉 평면 내 단위구획당 집중된 파편의 운동에너지에 기반한 통계적 분석을 수행하였다. 초고속충돌 해석은 비선형 해석 소프트웨어인 LS-DYNA를 이용하였으며 이를 위해 알루미늄, 강철 및 텅스텐으로 각각 구성된 위협체와 표적판을 설정하였다. 위협체를 4 km/s의 속도로 표적판과 충돌시켰으며 이를 통해 형성된 파편의 거동은 표적판 후방에 설정된 임의의 관측 평면을 통해 고찰하였다. 위협면적 분석결과, 실질적으로 파편에 의해 점유되는 면적은 파편이 분산될 수 있는 최대면적의 약 45 %가 됨을 확인하였다. 또한 최대에너지밀도 값을 통하여 파편의 위협수준을 추정하였고, 고위협영역 내 에너지밀도 분포에 기반한 변동계수를 이용하여 관통, 국부손상 등과 같은 2차 손상의 유형을 평가하였다.

영어초록

The material fracture following a hypervelocity impact induces a hydrodynamic behavior. This behavior is greatly affected by the density of the material. To compute and quantify the threat of the debris generated by the hypervelocity impact, a witness plane hit by the dispersed debris was used. A statistical analysis based on the energy density, the kinetic energy of the debris concentration on each unit section in the witness plane, was performed. The hypervelocity impact analysis was then performed by the non-linear analysis software LS-DYNA. Here, projectiles and target plates consisting of 3 types of materials including aluminum, steel, and tungsten were used. The projectile with a velocity of 4 km/s impacted the target plate, and a witness plane was set behind the target plate to study the behavior of the debris. By analyzing the results of dispersion area, it was found that the area occupied by the debris was about 45％ of the maximum area that the debris can disperse. In addition, the level of debris threat was estimated by the maximum energy density value. A type of secondary damage such as the localized fracture and penetration was analyzed by a coefficient of variation based on the energy density distribution in the danger region.

참고자료

· 없음