Dynamic Analysis and Evaluation of Head Injury Criterion Reduction Performance for Negative Stiffness Metamaterials Using Nonlinear Lumped-Parameter Modeling

본 연구는 코사인 형태의 음강성 메타물질에 대하여 하중-변위 곡선에서 나타나는 양강성-음강성 전환의 특이 거동이 고려된 비선형 집중 매개변수 모델을 제안하였다. 특히 기존 하중-변위 거동 중심의 분석에서 나아가 동역학 응답을 파악할 수 있는 집중 매개변수 모델을 제시했으며 이를 통해 음강성 메타물질의 기하 비선형성과 동적 응답을 효율적으로 파악할 수 있음을 보였다. 또한 단순 최대 하중 비교에 그쳤던 기존 방법에서 벗어나 두부상해지수(HIC)와 같은 충돌 안전성 지표를 직접 정량 평가함으로써 보다 실질적인 성능 평가를 수행하였다. 수치예제에서는 10 kg 충돌체와의 충돌 상황에서 제안된 모델의 결과가 유한요소해석 결과와 유사함을 확인했다. 아울러 음강성 완충 구조는 양강성 완충 구조에 비해 HIC 값을 약 66% 저감시키는 효과를 나타내어, 인체 상해 저감 및 충격 흡수 설계에 유용함을 알 수 있었다.