가상 절점을 이용한 적층 구조물의 페리다이나믹 층간 결합 모델링 검토
Study on Peridynamic Interlayer Modeling for Multilayered Structures
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초록
결합 기반 페리다이나믹 모델은 취성재료의 동적파괴 해석에 많이 이용되고 있으며, 최근의 연구(Bobaru et al., 2012)를 통해 적층유리 구조물의 동적 파괴 패턴 분석에도 활용되었다. 특히 실험(Bless et al., 2010)에서 나타난 적층유리 구조물의 다양한 손상 형태(압축 영역, Floret, Hertz-type 균열 등)를 결합 기반 페리다이나믹 시뮬레이션을 이용하여 구현하였다. 그러나 실제 적층 구조물은 각 유리판 사이를 탄성이 있는 층간 재료로 결합하는 반면, 기존의 페리다이나믹 수치 시뮬레이션에서는 층간 재료 결합을 무시하고 각 유리판이 직접 결속되도록 가정하여 층간 재료 효과가 무시되었다. 본 연구에서는 페리다이나믹 층간 재료 모델링을 통해 실제 적층 구조물에 보다 근접한 페리다이나믹 수치 해석 모델을 제안한다. 일반적으로 층간 재료는 매우 얇기 때문에 층간 재료를 명시적으로 모델링할 경우 많은 해석시간과 메모리가 소모되어 비효율적이다. 따라서 본 연구에서는 명시적 모델링을 대신하여 가상 절점을 통해 층간 재료를 모델링한다. 수치 예제를 통해 제안된 층간 재료 모델링의 효율성 및 정확성을 검토한다. 또한 압축 상태의 적층 구조물 해석을 위해 단거리 상호작용력에 기반한 투과 방지 기법을 도입하고 파라미터 테스트를 통해 검증한다.
Abstract
Peridynamics has been widely used in the dynamic fracture analysis of brittle materials. Recently, various crack patterns(compact region, floret, Hertz-type crack, etc.) of multilayered glass structures in experiments(Bless et al. 2010) were implemented with a bond-based peridynamic simulation(Bobaru et al.. 2012). The actual glass layers are bound with thin elastic interlayer material while the interlayer is missing from the peridynamic model used in the previous numerical study. In this study, the peridynamic interlayer modeling for the multilayered structures is proposed. It requires enormous computational time and memory to explicitly model very thin interlayer materials. Instead of explicit modeling, fictitious peridynamic particles are introduced for modeling interlayer materials. The computational efficiency and accuracy of the proposed peridynamic interlayer model are verified through numerical tests. Furthermore, preventing penetration scheme based on short-range interaction force is employed for the multilayered structure under compression and verified through parametric tests.
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