그림 1. 유도 미사일 조종 날개

그림 2. 연구 배경 및 목적

본 연구에서는 Body-Centered Cubic (BCC) 격자 구조를 적용하였고, 스트럿 직경과 단위셀 종횡비를 설계 변수로 설정하였다. 이는 그림 3에서 확인할 수 있다. 그 후 구조 해석 도구인 Abaqus를 활용하여 응력, 변위 등을 정량적으로 비교 분석하였으며, 격자 형상에 따른 제조성 및 경량화 특성도 함께 평가하였다. 

그림 3. 스트럿 직경 및 단위셀 종횡비(X:Y:Z)=(A:B:A)=(A:B)

본 연구는 스트럿 직경, 단위셀 종횡비, 격자 시작 형상에 따른 안정성과 경량화 정도를 비교하여 최적의 균일 격자를 선정하였다. 그림 4에서 스트럿 직경 0.6mm, 그림 5에서 단위셀 종횡비 1:2.75의 균일 격자가 가장 적합하다는 결론을 도출하였으며, 결과적으로 격자가 없는 솔리드 모델 대비 최대 응력 약 8.3%, 최대 변위 약 27.6%, 무게 약 38.4% 감소 효과를 확인하였다.

그림 4. 스트럿 직경에 따른 안정성 확인 (단위셀 종횡비 1:2)

그림 5. 단위셀 종횡비(A:B)에 따른 안정성 확인 (스트럿 직경 0.6mm)

또한 균일 격자와 비교하여, 그림 6. (a)와 같이 강인한 부분은 스트럿 직경을 줄여 추가 경량화를 진행하고 취약한 부분은 유지하는 방식으로 비균일 격자를 설계하였다. 그림 6. (b)에서 균일 격자 대비 최대 응력 약 7.8%, 최대 변위 약 36%, 무게 약 3.4% 감소를 확인하며 성능 향상과 추가적인 경량화 가능성을 입증하였다.

그림 6. (a) 비균일 격자 설계 및 (b) 해석 결과

향후, 스트럿 직경뿐만 아니라 단위셀 종횡비, 패턴 형상, 조인트 설계 등을 동시에 변화시킨 다양한 비균일 격자 연구를 진행할 예정이며, 적층 제조 공정을 통한 실제 제작 가능성과 후처리 안정성 검증도 수행할 계획이다.