접합부 파손 해석을 위한 물성 최적화

제품의 경량화와 함께 조립시 체결을 강화할 수 있도록 기계적인 체결뿐만 아니라 접착제를 사용한 부품 체결 방법도 많이 쓰이고 있다. 이번 호에서는 아바쿠스(Abaqus)로 접합부를 해석하는 방법 및 아이사이트(Isight)를 활용해 물성 파라미터를 최적화하는 방법에 대해 살펴본다.

■ 전호진 | 다쏘시스템코리아의 차장으로 시뮬리아CSE(Center of SIMULIA Excellence) 팀의 솔루선 컨설턴트이다. 한양대학교 기계공학부 및 한양대학교 대학원 기계설계학과 석사를 졸업했고, 두산인프라코어와 LG전자에서 엔지니어로 근무했다. 관심 분야는 구조 해석과 재료 거동이다.
E-mail | hojin.jeon@3ds.com
홈페이지 | www.3ds.com/ko

항공 산업 및 자동차 산업 분야에서 제품 경량화는 연비 절감 및 환경오염가스 저감을 목적으로 꾸준히 진행되고 있다. 먼저, 항공 산업에서는 복합재 등 경량화 소재를 이용하여 동체 및 부품을 제작하고 조립함으로써 항공기에 대한 경량화를 수행하고 있는데, 복합재의 경우 기계적 체결 외에 접착제로도 각 부품을 체결한다. 접착제에 의한 체결은 기계적 체결 대비 접착 면적이 넓고 구멍 등 별도의 가공이 필요 없으며, 무게 증가가 상대적으로 낮아 <그림 1>과 같이 폭넓게 사용되고 있다.

또한 자동차 분야에서도 이와 마찬가지로 기계적 체결로 인한 무게 증가 등의 한계를 극복하고자 하이브리드 체결(Hybrid joint)과 같이 기계적 체결과 접착제를 혼용하여 사용함으로써 경량화를 달성하고자 하는 노력이 진행 중이다. 한편 전자 산업 분야에서는 반도체 패키징(Packaging) 및 인쇄회로기판(Printed Circuit Board) 상에 실장된 칩(Chip)에 반복적인 열 또는 충격 하중이 인가될 때 <그림 2>와 같이 칩을 연결하는 솔더(solder)에서 균열(Crack) 및 계면박리(Delamination) 등의 파손 모드가 발생한다. 이와 같은 파손은 제품의 신뢰성을 저하시키는 주요한 원인이 된다.

기계적 체결을 구조적 접착제로 대체하고 계면 간의 박리 현상 등을 모사하기 위해서는 접착제 및 계면 박리에 대한 파손 해석이 요구된다. 이와 같은 접합부 파손 해석을 수행하면 기계적 체결 대비 동등 수준의 접합부 강도를 갖는 구조적 접착제의 적용 및 신뢰성 확보가 가능해진다. 또한 파손 면에 대해 균열 생성 및 진전에 대한 해석이 가능해 짐으로써 제품 양산 전 예상 가능한 품질 문제에 대한 검토 및 수정이 가능해져서 제품의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

 
그림 1. 항공기에서의 구조적 접착제 사용  

그림 2. 인쇄회로기판 상의 칩 솔더 파손