경상국립대학교 지형진 학생, 복합재료 취약 요소 규명 연구 국제학술지 게재

경상국립대학교 공과대학 신소재공학부 고분자공학전공 권동준 교수 연구팀 소속 지형진 학생과 자연과학대학 정보통계학과 박범진 교수 연구팀이, 복합재료의 파괴거동에 영향을 미치는 핵심 요인을 통계적으로 규명하고 신뢰성 기반의 새로운 평가 지표를 제안했다.

연구 결과는 국제 저명 학술지 《복합재료 파트 B: 엔지니어링(Composites Part B: Engineering)》 (IF 14.2, JCR 상위 1%)에 게재됐다.

논문 제목은 ‘섬유강화복합재료의 파괴 거동을 좌우하는 주요 요인 식별: 약점 매개변수 제안(Identification of Critical Factors Governing the Failure Behavior of Fiber-Reinforced Composites: Proposal of a Weakness Parameter)’이다.

이번 연구는 복합재료 파괴를 결정짓는 ‘가장 취약한 요소(weakest link)’를 규명하고 이를 정량적으로 평가하는 방법론을 제시한 것이 핵심이다.

연구팀은 탄소섬유, 에폭시 매트릭스, 섬유-매트릭스 계면의 기계적 특성을 분석하고, 와이블(Weibull) 통계 기반 신뢰성 해석을 통해 파괴 메커니즘을 섬유, 기지재료, 계면, 복합재료의 4가지 구성 수준으로 분해하여 주요 손상 원인을 비교했다.

그 결과, 계면이 복합재료 신뢰성을 지배하는 가장 취약한 요소임을 정량적으로 입증했다.

특히 Weibull 분포의 스케일 파라미터와 형상 파라미터(scale parameter와 shape parameter)를 통합한 새로운 지표 ‘약점 매개변수(weakness parameter(ω))’를 제안하여, 각 구성 요소의 취약도를 단일 값으로 비교할 수 있도록 했다.

이를 통해 기존 평균 강도 중심 평가의 한계를 보완하고, 저강도 영역(lower-tail reliability)을 지배하는 변동성까지 고려한 신뢰성 기반 분석이 가능함을 확인했다.

또한 복합재료의 구조적 신뢰성 향상을 위해 단순 강도 증가가 아닌 계면 특성 강화와 정밀한 분석이 중요함을 제시했다.

이번 연구는 복합재료 파괴를 ‘취약성(vulnerability)’ 관점에서 재정의하고 이를 정량화할 수 있는 프레임워크를 제시했다는 점에서 의의가 크다.

제안된 지표는 향후 복합재료 설계 및 계면 최적화 과정에서 핵심 기준으로 활용될 것으로 기대된다.

이러한 성과는 경상국립대학교가 반도체 특성화 사업, 랑크(LINC) 사업, 라이즈(RISE) 사업 등 다양한 학부 교육 프로그램을 통해 학부생의 연구 참여를 적극적으로 지원하고, 두뇌한국(BK) 21 사업을 기반으로 실무형·자기주도적 연구 역량을 강화해온 교육 및 연구 시스템의 성과로 평가된다.

이는 신소재공학부 고분자공학전공의 교육력과 연구 경쟁력을 보여주는 대표적인 사례라 할 수 있다.

지형진 학생은 “복합재료의 파괴를 단순한 강도 문제가 아닌 신뢰성 관점에서 이해하고자 한 것이 연구의 출발점이었다.”며 “항상 열정적으로 지도해 주신 권동준 교수님과 통계 및 데이터 분석에 깊이 있는 시각을 알려주신 박범진 교수님, 그리고 CMT 구성원들의 도움 덕분에 의미 있는 결과를 얻을 수 있었다. 앞으로도 구조용 복합재료의 신뢰성과 계면공학 분야 연구를 꾸준히 발전시켜 나가고 싶다.”라고 말했다.

권동준 교수는 “이번 연구는 복합재료 분야에서 근간이 되는 방법론의 기초 개념을 제시한 성과로, 근본 원리를 학습하고 이를 실제 연구로 구현해낸 경상국립대학교의 교육 철학이 잘 반영된 결과이다.

특히 미세역학 시험법을 활용한 계면전단강도 측정의 어려움에도 불구하고, 지형진 학생은 맡은 역할을 성실히 수행하며 체계적으로 데이터를 축적했다.

또한 복합재료의 특성 구현을 위해 새로운 공정 과정을 독창적으로 제안하고, 제한된 실험 환경에서도 의미 있는 결과를 도출해낸 점에서 큰 성장을 보여주었다. 이에 감사한다.”라고 강조했다.