본 연구실은 극한 환경에서 복합재료가 보이는 다양한 물리적 현상과 손상 메커니즘을 심층적으로 규명하기 위해 다중물리 및 다중스케일 해석 기법을 개발하고 있습니다. 복합재료는 다양한 구성요소와 복잡한 미세구조로 인해, 온도, 압력, 습도, 기계적 하중 등 극한 조건에서 예측하기 어려운 거동을 나타냅니다. 이를 정밀하게 분석하기 위해 실험과 전산 해석을 결합한 통합 연구를 수행하고 있으며, 실시간 3D CT 영상 기반 디지털 체적 화상 관련법(DVC) 등 첨단 계측 기술을 활용하여 소재 내부의 변형과 손상 진화를 정량적으로 관찰합니다. 이러한 연구는 복합재료의 미세구조적 특성, 섬유 배열, 계면 특성 등이 전체 구조의 거동에 미치는 영향을 다중스케일로 해석하는 데 중점을 둡니다. 실험적으로는 극한 환경을 모사한 다양한 하중 조건에서 복합재료의 내구성, 파괴 특성, 피로 수명 등을 평가하며, 전산역학적으로는 유한요소해석(FEM), 다중물리 수치해석, 확률론적 모델링 등을 통해 실험 결과를 정량적으로 예측하고 해석합니다. 이를 통해 복합재료의 신뢰성 있는 설계와 최적화가 가능해집니다. 이 연구는 항공우주, 자동차, 에너지, 국방 등 다양한 산업 분야에서 요구되는 경량 고성능 구조물의 개발에 필수적인 기반 기술을 제공합니다. 특히, 실제 산업 현장에서 발생할 수 있는 극한 조건을 반영한 해석 및 실험법을 통해 복합재료의 실용적 적용 가능성을 높이고, 미래 첨단 구조물의 안전성과 내구성 향상에 기여하고 있습니다.

본 연구실은 인공지능(AI)과 데이터 기반 접근법을 활용하여 복합소재의 제조 공정과 미세역학적 거동을 예측하고 최적화하는 연구를 선도하고 있습니다. 기존의 복합재료 제조 공정은 다양한 변수와 복잡한 미세구조로 인해 공정 조건의 최적화와 품질 예측이 어려웠으나, 대규모 실험 및 시뮬레이션 데이터를 기반으로 한 AI 모델을 도입함으로써 공정의 효율성과 예측 정확도를 크게 향상시키고 있습니다. 특히, 섬유의 무작위 분포와 미세구조적 특성을 반영한 데이터 기반 마이크로메카닉스 모델(SDMM) 개발, 딥러닝을 활용한 섬유 배열 및 응력 분포 예측, 공정-구조 연계 해석 등 다양한 AI 기반 연구가 진행되고 있습니다. 이러한 모델은 전통적인 유한요소해석(FEM)과 결합되어, 대규모 복합재 구조물의 미세역학적 거동을 신속하고 정확하게 예측할 수 있도록 지원합니다. 또한, 제조 공정 중 발생할 수 있는 불확실성이나 변동성을 데이터 기반으로 분석하여, 품질 관리와 공정 최적화에 실질적으로 기여하고 있습니다. 이러한 AI 및 데이터 기반 연구는 복합재료의 대량생산, 재활용, 신소재 개발 등 다양한 응용 분야에서 혁신적인 변화를 이끌고 있습니다. 미래에는 더욱 복잡한 구조와 다양한 환경 조건에서도 신뢰성 있는 복합재료 설계와 제조가 가능해질 것으로 기대되며, 본 연구실의 연구는 첨단 제조 산업의 디지털 전환을 선도하는 중요한 역할을 하고 있습니다.

복합재료의 충격 저항성과 내구성 향상은 경량 구조물의 실용화에 있어 매우 중요한 요소입니다. 본 연구실은 연속 및 불연속 섬유강화층을 조합한 하이브리드 적층 구조의 개발과, 이에 대한 충격 저항 성능 및 내구성 평가를 중점적으로 연구하고 있습니다. 다양한 적층 순서와 재료 조합을 실험적으로 검증하고, 드롭웨이트 충격 시험, 피로 시험, 구조 안전성 평가 등 다양한 실험을 통해 실제 구조물에 적용 가능한 설계 지침을 도출하고 있습니다. 또한, 하이브리드 복합재의 제조 공정에서 발생하는 유변학적 특성, 섬유 방향성 변화, 계면 결합력 등 미세구조적 요소가 전체 구조의 거동에 미치는 영향을 수치해석적으로 분석합니다. 이를 위해 이방성 유변학 기반의 압축성형 해석 모델, 공정-구조 연계 해석, 다단계 균질화 기법 등 첨단 전산 해석 기법을 활용하고 있습니다. 이러한 연구는 자동차, 항공, 에너지 등 다양한 산업 분야에서 요구되는 고충격, 고내구성 복합재 구조물의 설계와 제조에 실질적인 기여를 하고 있습니다. 특히, 실제 산업 현장에서 요구되는 대형 구조물(예: 전기차 배터리팩, 항공기 주익, 레이돔 등)에 대한 실규모 해석과 실험을 병행함으로써, 연구 결과의 실용성과 신뢰성을 높이고 있습니다. 이를 통해 복합재료의 한계를 극복하고, 미래 첨단 구조물의 경량화와 안전성 향상에 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다.