3D 프린트 복합재료의 선박/해양구조물 적용을 위한 기계적 성능 연구

Abstract

최근 국제해사기구의 환경 규제에 따라 조선 및 해양 산업에서 친환경·스마트 선박에 관한 관심이 높아지고 있다. 특히, 경량화를 통한 연료 효율을 높이기 위해 관련 복합재료를 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 제작하기 쉽고, 빠른 생산 공정의 장점이 있는 스마트 소재인 3D 프린트 복합재료에 관한 관심이 높아지고 있다. 3D 프린트 복합재료의 조선 및 해양 구조물 적용을 위해서 3D 프린트 소재의 구조해석 데이터와 3D 프린트 복합재료의 해양환경에서의 기계적 성능에 관한 연구가 필요하다. 다양한 해양환경 중 염수 환경에 대한 영향은 소재의 적용을 위해 필수적으로 연구될 필요가 있다. 그리고 3D 프린트 복합재료의 경우 용접을 이용하여 다른 금속 소재의 구조물과 연결할 수 없어 기계적 체결 방식을 사용해야 하므로 기계적 체결에 관한 연구 또한 필요하다. 이에 본 연구에서는 염수 환경에 노출된 3D 프린트 복합재료 시편의 기계적 성능을 평가하고, 기계적 체결 방식에 대한 강도 평가를 실험적으로 수행하였다. 또한 3D 프린트 복합재료 구조물의 기계적 강도를 예측할 수 있는 유한요소해석 모델을 개발하였다. 염수 환경의 영향 및 기계적 체결 강도 평가와 유한요소해석 모델을 개발하기 위해 3D 프린트를 활용하여 복합재료 시편을 제작하였으며 실험의 경우 만능재료시험기를 활용하여 제작된 시편의 기계적 시험을 수행하였다. 시험 진행 후 각각 염수 환경의 영향에 따라 변화된 인장 강도와 원공 노치의 직경에 따른 기계적 체결 강도를 비교/분석하였다. 또한 시험평가 후 시편의 파손 형상을 확인하여 3D 프린트 복합재료의 기계적 강도와 파손 형상의 관계를 분석하였다.