Evaluation of Ice Failure Modes Using Topology Optimization

취성재료인 얼음이 외부로부터 하중을 경험하게 되면 그 과정 중에서 파괴가 발생한다. 재료는 현재 작용하는 하중을 지탱하는데 가장 기여도가 낮은 부분을 우선적으로 배제하고, 이후 작용할 하중을 지탱하는데 역할을 하는 부분만을 남기로 노력할 것이다. 본 연구에서는 균일 하중을 경험하는 얼음의 파괴모드 평가를 위해 Topology optimization 방법 적용을 통해 그 활용성에 대한 평가를 수행하였다. Cylinder 형상과 trapezoid 두 가지 형상에 대한 2-D에서의 파괴모드를 평가하였고, 실험에서 얻어진 실제 파괴 형상과 비교하였다. Topology optimization 방법의 적용으로 특정 형태의 얼음의 취성 거동에 대한 파괴모드를 유사하게 예측할 수 있음을 확인하였다. Topology optimization 방법을 통해 모든 얼음-구조물 상호작용에 대한 파괴모드 평가에 적용하기엔 분명 방법론적인 한계가 있음을 본 연구를 통해 확인하였으나 Topology optimization이 가지는 장점을 적절히 활용한다면 복잡한 형상에 대해서도 파괴모드 경향에 대한 빠른 평가가 가능함을 확인하였다. 추후 3-D로 검증 및 불규칙한 얼음에 대한 평가를 통해 제시된 방법에 대한 확장성에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.