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R&D최종보고서

연구과제 상세정보
과제고유번호 201616CTAP-C098246-02
연구사업명 국토교통기술촉진연구사업
연구과제명 음의 포아송비를 가진 격자구조체를 적용한 기존 강성 30% 이상 향상 능동형 복합부재 제작 원천기술 개발
총 연구기간 2015-06-24 ~ 2017-06-23
연구책임자 문재흠
당해년도
참여 연구원수
4명 총 연구기간
참여 연구원수
8명
당해년도
연구비
정부 : 200,000,000 원
기업 : 0 원
계 : 200,000,000 원
총연구비 정부 : 400,000,000 원
기업 : 0 원
계 : 400,000,000 원
연구기관명 한국건설기술연구원
등록 발간번호 .
ISBN .
주요 내용 ○ 최근 들어 시설물 및 건축물의 대형화에 따라, 해당 구조물에 적용되는 구조부재의 고강도 및 고강성화가 요구되고 있음
○ 또한, 대형 구조물 및 시설물의 충격 또는 폭발사고에 대한 구조적 안전성을 확보할 필요성이 증대되고 있음
○ 이러한 구조물의 대형화에 대한 대응 및 안전성 증대를 위하여 다각적인 연구개발이 이루어지고 있으며, 구조물을 구성하는 건설재료 및 자재의 성능 향상을 통한 대응책 마련 연구 또한 활발히 이루어지고 있는 실정임
○ 그러나, 구조부재용 건설재료 자체의 성능 개선 방식만으로는 재료 자체가 가지고 있는 역학적 성능상의 한계 때문에 구조부재의 성능 향상에 한계가 있으며, 이러한 이유로 부재치수의 증가 등 다양한 문제점이 대두되고 있는 실정임
○ 소재 및 고분자 분야 연구에 있어서는 재료의 고유물성으로 알고 있는 포아송비에 변화를 줌으로써, 재료의 역학적 거동을 획기적으로 변화시키고자 하는 연구가 수행되어지고 있음
○ 대표적인 연구개발 사례는 음의 포아송비(Auxetic)를 적용한 Airless tire, 항공기 몸체, 완충재, 방탄복, 인공혈관 등이 있으며, 이러한 방식은 재료 조직에 음의 포아송비 거동을 부여함으로써, 하중 작용방향에 대해 강성을 증대시키는 방식임
○ 이에, 본 연구는 건설분야에서 적용이 가능한 음의 포아송비(Auxetic) 거동을 가지는 구조물용 격자구조체를 개발, 구조부재에 적용함으로써, 다양한 하중(압축, 인장, 충격) 작용 시, 부재강성을 기존 대비 30% 이상 증대시킬 수 있는 복합부재 원천기술을 확보하고자 함
○ 이와 같은 방식으로 부재의 강성을 증대시킴으로써, 대형 구조물의 지붕, 기둥 또는 기초부위의 부재 크기를 절감할 수 있으며, 방호구조물의 경우에는 내충격 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있으리라 판단됨

[최종목표]
○ 음의 포아송비 (AUXETIC) 거동 격자구조체 및 이를 적용한 기존 강성 30% 이상 향상 능동형 복합부재 원천기술 개발
- 구조물용 Auxetic 격자구조체
1) Auxetic 격자구조체 설계 기초이론 정립 (1단계)
2) 격자구조체 설계 및 특허 출원 (2단계)
3) 실험 및 전산 시뮬레이션을 통한 기본 성능 검증 (3단계)
4) 격자구조체 시작품 제작 및 핵심성능 평가 (4단계)
- Auxetic 격자구조체 적용 기존 강성 30% 이상 향상 능동형 복합부재
1) Auxetic 격자구조체를 적용한 복합부재 설계 기초이론 정립 (1단계)
2) 복합부재 설계 및 특허 출원 (2단계)
3) 실험 및 전산 시뮬레이션을 통한 기본 성능 검증 (3단계)
4) 복합부재 시작품 제작 및 핵심성능 평가 (4단계)

[연구내용 및 범위]
○ 본 연구에서는 건설분야에 있어서 국내외 포함 선행 연구사례가 거의 전무한 음의 포아송비 거동 적용 고성능, 고기능성 구조부재를 위한 원천기술을 개발하고자 함.
○ 이를 위하여, 우선적으로 구조물 및 구조부재에 적용 가능한 음의 포아송비 거동 격자구조체 설계기술의 확보를 기반으로 하여, 시작품 제작 및 역학적 성능평가를 과업에 포함하였음.
○ 최종성과물 달성을 위한 핵심성과물인 Auxetic 격자구조체는 소재분야에서 개발되고 있는 매우 복잡한 격자구조를 탈피, 건설구조물에의 실제 적용 및 현장시공이 가능한 형상 설계를 목표로 하였음.
○ 또한, 이러한 음의 포아송비 거동 격자구조체 자체 또는 격자구조체와 기존의 구조부재의 합성을 통한 고강성 구조부재의 제작과 관련된 원천기술을 확보하는 단계까지 본 연구의 과업 범위로 설정하였음.
○ 기존 강성 30% 이상 향상이라는 목표치의 설정은, 현재 해당 기술의 기반이 전무한 현실을 감안함과 동시에, 본 연구개발 기술의 미래 상업적 가치를 고려, 하한 목표치로서 제시한 값임.
○ 즉, 본 연구의 최종성과물은 기초원천 기술 확보차원의 연구성격, 2년의 최대 연구기간 및 투입가능 연구비 한도를 고려하여, 음의 포아송비 거동 구조물용 격자구조체와 이를 적용한 고강성 합성부재 시작품까지 개발 완료 하는 것으로 설정하였음.
○ 구조물용 Auxetic 격자구조체 시작품 개발
- 음의 포아송비 거동 기초이론 정립
- 구조물용 격자구조체 구성변수 설정 및 기본설계 수행
- 전산해석을 통한 기본 성능 예측
- 격자구조체 최적 구성방안 도출
- 실험 검증을 위한 격자구조체 시작품 제작
- 복합부재 종류별(압축, 인장, 내충격 부재)기본 치수 설정
- 복합부재 구성방안 검토
- 음의 포아송비 거동 격자구조체 적용 복합부재 설계, 제작, 성능평가 기술로 구성
- 동일 재료, 중량 대비 강성 30% 이상 향상 성능 입증
○ Auxetic 격자구조체 적용 기존 강성 30% 이상 향상 복합부재 시작품 개발
- 하중 종류(압축, 인장, 충격)별 성능 평가
- 성능 평가 결과 반영 보완 시작품 제작
- 2차 시작품 성능 평가
- 요구성능 (강성 30% 이상 향상 확보) 확보 방안 도출
- 실험 검증을 위한 복합부재 시작품 제작
- 하중 종류(압축, 인장, 충격)별 성능 평가
- 성능 보완(강성 30% 이상 향상 확보) 최종 시작품 제작
- 실험 및 전산해석을 통한 성능 평가
색인어 한글 음의 포아송비 격자구조 강성 능동형 복합부재
영문 Auxetic Grating structure Stiffness Active Hybrid member
최종보고서 최종보고서(최종).pdf
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