[랩큐멘터리]가볍고 안전한 자동차 소재 발굴할 수학모델 찾는다

2021.06.16 14:00
포스텍 재료 역학 연구실
 

물체는 힘이나 열과 같이 외력을 받으면 변형이 일어난다. 발생한 변형에 저항해 원래대로 돌아가는 성질을 탄성, 변형을 그대로 유지하려는 성질을 가소성이라 부른다. 외력의 크기에 따라 물체가 탄성을 가질지 가소성을 가질 지 결정된다. 보통 외부 자극이 커질수록 가소성이 증가한다. 가소성은 미시적 원자에서부터 거시적 모습까지 여러 단계를 이해해야 하는 매우 복잡한 현상이다. 

 

프레데릭 발랏 포스텍 철강에너지소재대학원 교수가 이끄는 ‘재료 역학 연구실’은 금속의 가소성을 완벽히 이해하기 위한 수학모델을 개발한다. 금속 중에서도 초고장력강(AHSS)에 집중한다. 초고장력강은 일반 금속에 비해 훨씬 더 뛰어난 강성을 발휘하는 금속이다. 자동차 산업에서 많이 쓰인다. 높은 강성으로 승객을 안전하게 보호하는 한편 차량의 무게를 줄여 연비를 높이고 배기가스 감출하는 효과를 얻을 수 있다. 

 

프레데릭 발랏 포스텍 철강에너지소재대학원 교수. 연구실이 협력하여 개발한 수학모델은 전 세계 초고장력강 가소성 분석모델의 표준이 됐다.
프레데릭 발랏 포스텍 철강에너지소재대학원 교수.

다만 초고장력강의 강한 강성은 오히려 걸림돌이 되기도 한다. 일반 금속에 비해 여러 형태로 만들기 힘들다. 전통적인 금속 성형 방식이 적용되지 않는다. 연구실은 이 때문에 초고장력강의 가소성을 탐구하고 있다. 전 세계의 학계와 연구기관, 업계와 협력해 혁신적인 실헙 기법과 최첨단 알고리즘을 적용한 수학모델을 개발했다. 

 

이 수학모델은 전 세계 초고장력강 가소성 분석모델의 표준이 됐다. 세계철강협회 지부 중 하나인 ‘세계 자동차 철강’은 올해 ‘초고장력강 사용지침’을 내놨다. 이 지침에서 연구실이 개발한 ‘HAH’라는 가소성 분석모델이 표준모델로 소개됐다. 이 모델은 2011년 처음 아이디어를 제시돼 지난해까지 4번의 보완 과정을 거쳤다. 연구실은 완벽한 모델을 개발하기 위해 현재도 추가 연구를 하고 있다.

 

연구실이 전 세계의 학계와 연구기관, 업계와 협력해 개발한 수학모델은 전 세계 초고장력강 가소성 분석모델의 표준이 됐다.

포스코와 긴밀한 협동관계은 연구실의 자랑이다. 물리와 기계, 열역학 개념에 깊이 뿌리를 둔 과학연구들은 곧장 포스코의 철강 제품 설계와 제조를 위한 도구로 사용된다. 기초과학에 대한 탐구가 곧 산업 적용이라는 실용성도 갖게 되는 것이다.

 

발랏 교수는 “과학적으로 견고하고 실질적으로 사용할 수 있는 솔루션을 얻기 위해 끊임없이 노력하겠다”며 “전기 자동차 프레임과 배터리 케이스, 연료 전지용 양극판과 같은 새로운 응용 분야와 관련한 솔루션 제시에도 열중할 것”이라고 밝혔다.

 

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※대학 연구실은 인류의 미래에 어떤 일들이 펼쳐질지 엿볼 수 있는 창문입니다. 인류 지식의 지평을 넓히는 연구부터 실제 인간의 삶을 편하게 하는 기술 개발까지 다양한 모험과 도전이 펼쳐지고 있습니다.  오늘도 연구실마다 교수와 연구원, 학생들이 머리를 맞대고 열정을 펼치고 있습니다.  연구자 한 명 한 명은 모두 하나하나의 학문입니다. 동아사이언스는 210개에 이르는 연구실을 보유한 포스텍과 함께 누구나 쉽게 연구를 이해할 수 있도록 2분 분량의 연구실 다큐멘터리, 랩큐멘터리를 매주 수요일 소개합니다.


 

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