Ballistic impact analyses have been performed with the Kevlar fabric impregnated with STF(shear thickening fluid). Multi-layer laminates modeled with 3D isoparametric shell elements were used for the performance analysis and their results are compared with experimental results. Both experiments and numerical analyses have been done to verify the usefulness of STF to enhance the impact resistance performance. The results showed that STF increases friction within a bundle of fiber, and this phenomena is more apparent in the velocity range of under near 450 m/s. In this research, it is emphasized that FEA analyses of STF impregnated Kevlar fabric laminate were successfully conducted using shell elements. Moreover, the effectiveness of the technique and accuracy were verified through the comparison with reliable experimental data.

본 연구에서는 3D 아이소파라메트릭 쉘요소 모델을 사용하여 전단농화유체(STF: shear thickening fluid)가 함침된 케블라 페브릭(Kevlar fabric) 복합재의 방탄성능에 대하여 해석을 수행하였다. 다양한 적층복합재(12, 18, 20, 24-layer)를 대상으로 탄두 초기속도에 따른 충돌 후 속도(Residual velocity)를 측정하여 실험치와 비교하였다. SFT가 함침된 복합재의 방탄 성능의 효과를 검증하기 위하여 다양한 속도영역에서 STF가 함침된 것과 함침 되지 않은 것의 방탄성능을 비교하였다. STF가 함침된 케블라 페브릭은 450 m/s 이하의 저속에서는 비교적 큰 마찰효과를 일으키며 고속에서는 STF가 함침된 Kevlar fabric의 마찰효과는 기대할 수 없는 수준으로 오히려 역효과를 일으키는 것을 확인할 수 있었다. 연구를 통해 STF가 함침된 케블라 페브릭의 특성을 퇴화 3D 쉘 요소를 사용하여 효과적으로 모사할 수 있었으며, 실험 치와의 결과 비교를 통하여 그 유효성을 검증하였다.

Keywords: Shear thickening fluid, Shell element, Kevlar, Finite element analysis

Keywords: 전단농화유체, 쉘요소, 케블라, 유한요소해석