Optimization of Biaxial Tensile Specimens Incorporating Polymer Machinability

Abstract

고분자 재료의 다축 기계적 거동 평가에는 이축 인장 시험이 필수적이다. 하지만 ISO 16842 표준 시편은 좁은 슬릿 구조로 인해 제작 공정에 제약이 있어 고분자 소재에 적용하기 어렵다. 본 연구에서는 이를 원형 홀 등간격 배열로 대체한 천공 십자형 시편을 제안하였다. 완전요인배치법으로 생성한 192개의 설계 후보에 대해 유한요소해석을 수행하고 이축 인장 효율(α), 변형률 불균일도(CV), 응력 삼축성 오차(η_err)의 성능지표로 하여 평가하였다. 민감도 분석으로 성능지표별 인자 중요도를 파악하고 파레토 다목적 최적화를 통해 기존 시편 대비 우수한 성능을 보이는 13개의 비지배해를 도출하였다. 이를 바탕으로 시험 목적과 설계 우선순위에 따라 시편 형상을 선택할 수 있는 설계 지침을 제시하였다.