단섬유 복합재료의 사출 성형시 평면 방향으로의 섬유의 배열을 알기 위한 수치 모사를 실행하였다. 평면 방향의 3차원적 유동 모사를 위해서 generalized Hele-Show(GHS) 모델을 이용하였고, 검사 체적을 이용한 FEM/FDM 혼합기법에 의해 해석하였다. 암력장은 삼각형 요소를 이용한 유한 요소법으로 해석하였고, 온도장은 유한 차분법을 이용하였다. 점도 모델은 power-law 모델을 사용하였고, 유동 선단의 진행은 FAN 방법으로 해석하였다. 금형 내의 격자 생성을 위해 자동 격자 생성법이 개발되었다. 섬유 배열장은 2차 배열 텐서에 대한 배열 변화방정식이 이용되었으며 4차의 Runge-Kutta 방법이 5개의 전개된 배열 변화 방정식에 적용되었다. 인장 시편과 금형 내부에 장애물이 있는 임의의 형상에 대한 수치 모사가 실행되었다. 섬유는 금형 벽면에 인접한 영역이 금형 벽면보다 배열의 정도가 높았다. 섬유의 배열은 표면에서는 분수 유동에 영향을 많이 받고, 벽면에서는 전단 유동의 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 내부에 장애물이 있는 경우는 독특한 섬유의 배열을 관찰할 수 있었다. 이 경우는 두께 방향으로의 섬유 배열장이 층의 위치에 따라 매우 큰 차이를 보였다. 여러 개의 게이트가 있을 때 용접선과 용접선 주위의 섬유의 배열도 예측할 수 있었다. 이러한 정보는 이방성과 결함 등을 조절하여 최적 금형 설계와 최적 가공 조건을 찾는데 매우 큰 도움이 될 것이다.

단섬유 복합재료의 사출 성형시 평면 방향으로의 섬유의 배열을 알기 위한 수치 모사를 실행하였다. 평면 방향의 3차원적 유동 모사를 위해서 generalized Hele-Show(GHS) 모델을 이용하였고, 검사 체적을 이용한 FEM/FDM 혼합기법에 의해 해석하였다. 암력장은 삼각형 요소를 이용한 유한 요소법으로 해석하였고, 온도장은 유한 차분법을 이용하였다. 점도 모델은 power-law 모델을 사용하였고, 유동 선단의 진행은 FAN 방법으로 해석하였다. 금형 내의 격자 생성을 위해 자동 격자 생성법이 개발되었다. 섬유 배열장은 2차 배열 텐서에 대한 배열 변화방정식이 이용되었으며 4차의 Runge-Kutta 방법이 5개의 전개된 배열 변화 방정식에 적용되었다. 인장 시편과 금형 내부에 장애물이 있는 임의의 형상에 대한 수치 모사가 실행되었다. 섬유는 금형 벽면에 인접한 영역이 금형 벽면보다 배열의 정도가 높았다. 섬유의 배열은 표면에서는 분수 유동에 영향을 많이 받고, 벽면에서는 전단 유동의 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 내부에 장애물이 있는 경우는 독특한 섬유의 배열을 관찰할 수 있었다. 이 경우는 두께 방향으로의 섬유 배열장이 층의 위치에 따라 매우 큰 차이를 보였다. 여러 개의 게이트가 있을 때 용접선과 용접선 주위의 섬유의 배열도 예측할 수 있었다. 이러한 정보는 이방성과 결함 등을 조절하여 최적 금형 설계와 최적 가공 조건을 찾는데 매우 큰 도움이 될 것이다.

Keywords: