Comparison of CFRP Drop-Weight Impact Characteristics Using Three LS-DYNA Composite Damage Models

CFRP 적층판의 충격 거동은 항공우주 구조물의 안전성 확보를 위해 중요한 연구 대상이다. 본 연구는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 적층판의 충격 성능을 실험과 수치해석으로 종합적으로 조사하였다. ASTM D7136/D7136M-05 표준에 따라 15 J, 20 J, 25 J 에너지 수준에서 낙하충격 시험을 수행하여 에너지 흡수량, 처짐, 충격력을 분석하였다. 실험 분석을 보완하기 위해 LS-DYNA 명시적 유한요소 솔버를 이용하여 MAT022, MAT054, MAT059의 세 가지 복합재료 모델로 수치해석을 수행하였다. 각 모델은 CFRP 적층판의 충격 응답 예측 능력을 기준으로 평가되었다. 결과적으로 MAT059가 실험 데이터와 가장 우수한 상관성을 보였으며, 흡수 에너지와 최대 충격력 등의 핵심 파라미터를 효과적으로 포착하였다. 반면 MAT022와 MAT054는 조기 파손 예측과 변위의 편차를 보여 결과 불일치가 발생하였다. MAT059는 손상 진화와 두께 방향 파손 모드를 포함하여 충격 하중 하에서 CFRP 적층판의 복잡한 파손 메커니즘을 표현하는 데 가장 적합한 모델로 확인되었다.