고분자가공/복합재료/재활용: 극한 환경 고분자 복합재료 및 공정 (2)
[2L6-9]
고신뢰성 CAE기반 극한환경 대응 복합소재의 성능 예측 시뮬레이션
발표자심지현 (DYETEC연구원)
연구책임자심지현 (DYETEC연구원)
Abstract
극한환경에 적용되는 복합재료 압력탱크는 필라멘트 와인딩 공정에서 발생하는 보이드(Void)로 인해 구조적 신뢰성 확보에 어려움이 있다. 따라서 결함이 성능에 미치는 영향을 정밀하게 예측하고, 이를 고려하여 설계 변수를 최적화하는 것은 고신뢰성 부품 개발에 있어 필수적이다.
이에 본 연구는 고신뢰성 CAE 기법과 인공지능을 융합한 통합 프레임워크를 제시한다. 우선 다상(multi-phase) 유한요소해석(FEA)을 통해 보이드의 체적, 위치, 분포가 기계적 물성 저하에 미치는 메커니즘을 정량적으로 규명하였다.
이를 바탕으로, FEA 데이터를 학습시킨 딥러닝(Deep Learning) 모델을 구축하여 필라멘트 와인딩의 핵심 변수인 섬유 배향 각도에 따른 내압 성능을 신속하게 예측하고, 내구성과 파열 압력을 최대화하는 최적의 각도 조합을 도출하였다. 본 연구는 물리 기반 시뮬레이션과 데이터 기반 최적화를 연계한 고도화된 방법론으로, 향후 고압 수소 저장 용기 등의 안전성과 신뢰성 향상에 기여할 것으로 기대된다.