In general, the dynamic behavior of a material is significantly different from the state in which a static or quasi-static load is applied. Under extreme load conditions in a short duration such as impact or explosion, the dynamic properties of the material should be taken into consideration to predict the behavior of the structure. In this study, the impact responses of structures are evaluated theoretically and numerically, and the efficiency and accuracy of the solution are verified through the comparison with impact tests. Two types of structures are selected as the target structures. The impact response of plates using 7075-T651 aluminum is simulated, and the impact resistance performance of the SC composite wall is evaluated. For the impact analysis of the aluminum plate, this study proposes the damage models to minimize the mesh dependency under the high strain rate conditions and develops a user-defined material model combined with the Johnson-Cook constitutive relationship. Also, the design criterion considering the effects of the front steel plate of the SC composite wall is proposed, and the accuracy is verified through comparison with the experimental and numerical results. As a result, this study presents numerical and theoretical methods for evaluating the impact response of various structures and verifies the efficiency and accuracy.
일반적으로 재료의 동적 거동은 정적 또는 준정적 하중이 작용하는 상태와 큰 차이를 보인다. 충돌 또는 폭발과 같이 짧은 시간에 큰 하중이 작용하는 조건에서는 대상 구조물의 거동을 정확하게 예측하기 위하여 재료의 동적 특성을 필수적으로 고려하여야 한다. 본 연구에서는 충돌하중 발생 시 구조물의 응답을 이론적 또는 수치해석적으로 평가하며, 실험과의 비교를 통해 효율성 및 정확성을 검증한다. 두 가지 종류의 구조물을 설정하여 연구를 수행하였으며, 7075-T651 알루미늄을 사용한 단일 재료에 대한 충돌 저항성능 평가와, 강판과 콘크리트 슬라브로 구성된 복합체인 SC 복합 벽체에 대한 충돌 저항성능을 평가하였다. 알루미늄 판의 충돌해석을 위하여 높은 변형률 속도의 조건 하에서 메쉬 의존성을 최소화하는 파괴기준들을 제시하고 Johnson-Cook 구성 관계와 결합한 재료모델을 개발하였으며, 기존의 파괴기준과 비교하여 정확성 및 효율성을 확보하였다. 또한 SC 벽체의 후면 강판에 의한 효과만 고려하는 기존의 설계식에, 전면 강판에 의한 효과를 추가적으로 고려한 파괴기준을 제시하였으며, 이를 실험과의 비교 및 수치해석적 접근을 통하여 정확성을 검증하였다. 결과적으로 본 연구에서는 다양한 구조물들에 대한 충돌 응답 평가를 위한 수치해석적, 이론적 방법을 제시하고 효율성 및 정확성을 확보하였다.
