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유한요소 해석을 이용한 군용차량 방탄재 최적화에 관한 연구 = A Study on the Armor Optimization of Military Vehicle by using Finite Element Analysis

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도서 상세정보
자료유형 :	(군대학) 학위논문
분류기호 :	393.8
서명/저자사항 :	유한요소 해석을 이용한 군용차량 방탄재 최적화에 관한 연구= A Study on the Armor Optimization of Military Vehicle by using Finite Element Analysis/ 이현진.
발행사항 :	서울: 국방대학교, 2012.
형태사항 :	48 p.; 27 cm.
일반주기 :	지도교수: 신기수
학위논문주기 :	학위논문(석사) -- 국방관리대학원,: 무기체계전공, 2011
개인저자 :	신기수
언어	한국어

원문
원문보기 :	유한요소 해석을 이용한 군용차량 방탄재 최적화에 관한 연구 = A Study on the Armor Optimization of Military Vehicle by using Finite Element Analysis

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국방대학교 도서관

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우리 군이 사용하고 있는 군용차량은 방탄이 고려되지 않아 임무를 수행함에 있어 많은 피해가 예상된다. 향후 개발되는 군용차량은 방탄을 고려하여 개발되지만 운용하는 차량이 전량 교체되기 할 수 없으며, GDP 대비 2.6%에 불과한 한정된 국방예산은 첨단 무기사업에 한정되고 있다. 한정된 국방예산 내에서 군의 생존성 보장을 위해, 군용차량을 효율적으로 개조가 하기 위해서 방탄재 두께 및 구성에 관한 최적화 연구를 수행하여 이를 적용할 필요가 있다.
방탄재와 관련한 연구는 주로 실험적 해석과 동적 해석코드를 이용한 수치해석에 의한 모사가 병행되어 연구가 진행되어 왔다. 주로 고속카메라를 이용하여 실험을 하고 그 결과에 대하여 유한요소 해석 등을 이용하여 결과를 비교하여 왔다. 장갑분야에 대한 실험적인 해석연구의 경우 특정한 경우에만 국한되어 있으며, 수치해석 또한 그 방탄분야에 주로 사용되는 Kevlar 등의 물성은 일부만 공개되어 있다는 한계가 있다. 섬유 복합재에 관한 동적 거동에 관한 관통해석의 경우 주로 저속 충격 및 실험용 모의탄에 의해 연구가 수행되어 왔으며, 실 방탄과 관계있는 실탄에 대한 연구는 거의 수행되고 있지 않다.
본 연구에서는 실제 7.62mm Nato 탄의 도면을 바탕으로 탄을 모델링하여 1.6mm 두께의 철판과 Kevlar 방탄재의 적층 구조물을 대상으로 그 방법적 타당성이 검증된 수치해석의 방법의 하나인 유한요소 해석을 통해 군용차량의 방탄재 두께 및 구성 최적화에 관해 연구하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
첫째, De Marre의 경험식에 의해 산출하였던 최초의 방탄재 두께는 적합하지 않았다. 이는 탄자가 고속충격인 경우 섬유재료의 특성상 섬유인출이나 층간분리 현상이 발생치 않아 탄자의 충격에너지를 흡수를 못했기 때문이다.
둘째, Kevlar-29가 두께가 증가할수록 섬유인출에 의한 인장응력이 비례하여 증가하였으며, 45 Layer(36mm) 일 때 탄자의 운동에너지를 흡수하여 방탄 효과를 보였다.
셋째, 전면재 Kevlar-29, 후면재가 철판인 경우는 전면재 철판, 후면재 Kevlar-29에 비해 방탄에 효과적이지 않다. 그러므로 방탄재 구성 시 최초 탄심 충격에너지에 영향을 주기위해서는, 전면재에 철판, 합금 등 강한 재질을 사용하여 탄자피 및 탄심의 감속에 영향을 줄 수 있어야만 한다.
본 연구의 결과를 통해 군용차량 철판 기준으로 7.62mm Nato 탄을 방탄하기 위해서 Kevlar-29 45 Layer를 후면재로 부착해야됨을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 향후 군용차량을 방탄개조 할 시 Kevlar-29를 대상으로 최적 구성을 통해 국방예산 절감에 많은 기여를 할 것이다.
향후 본 연구의 결과를 토대로 경사장갑의 효과 및 Kevlar 적층구조에 알루미늄 합금을 구성하는 하이브리드 장갑에 대한 연구를 수행한다면 기동장비에 대한 방탄개조에 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.

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