펄프몰드 소재의 변형률 속도 의존 재료거동 분석 및 충격해석
Experimental Characterization and Impact Analysis of Strain-Rate-Dependent Behavior of Molded Pulp Material
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초록
본 논문에서는 친환경 포장재인 펄프몰드의 재료 거동을 측정하고 이를 기반으로 유한요소해석을 수행하였다. 이를 위해 저속 및 고속 인장 시험과 저속 압축 시험을 실시하였으며, 실험 결과를 바탕으로 LS-DYNA의 MAT_PLASTICITY_COMPRESSION_TENSION 모델을 적용하여 유한요소해석을 수행하였다. 면내 압축 시험에서는 좌굴을 억제하기 위하여 빗살 형태의 지그를 설계·제작하였으며, 이를 통해 면내 압축 거동을 효과적으로 측정할 수 있었다. 펄프몰드 소재는 인장과 압축 거동이 현저히 상이하였으며, 두께 방향 압축 거동과 면내 압축 거동 간에도 큰 차이가 나타났다. 또한 인장, 압축 조건 모두에서 변형률 속도 효과가 뚜렷하게 관찰되었다. 이러한 펄프몰드 소재의 재료 거동 특성은 MAT_PLASTICITY_COMPRESSION_TENSION 모델을 통해 효과적으로 고려될 수 있었으며, 펄프몰드 제품에 대한 충격 시험 결과와 유한요소해석 결과가 전반적으로 잘 일치하였다.
Abstract
In this study, the material behavior of molded pulp, an environmentally friendly packaging material, was experimentally characterized and numerically analyzed using the finite element method. To this end, quasi-static and high strain-rate tensile tests, as well as quasi-static in-plane compression tests, were conducted. Based on the experimental results, finite element analyses were performed using the MAT_PLASTICITY_COMPRESSION_TENSION material model in LS-DYNA. For the in-plane compression tests, a comb-type fixture was designed and fabricated to suppress global buckling, enabling effective measurement of the in-plane compressive behavior. The molded pulp material exhibited significantly different mechanical responses under tension and compression, and substantial discrepancies were also observed between through-thickness compression and in-plane compression behaviors. In addition, pronounced strain-rate effects were identified under both tensile and compressive loading conditions. These material characteristics of molded pulp were effectively captured using the MAT_PLASTICITY_COMPRESSION_TENSION model. Furthermore, the numerical simulations showed good agreement with experimental impact test results of molded pulp products.