본 논문은 Ni - Al2O3로 구성된 금속-세라믹 이종 입자복합재의 2차원 미세구조(microstructure) 생성과 미세구조 스케일 (scale)에 따라 정의되는 계층적 모델들의 역학적 특성 분석에 관한 내용이다. 이종 입자복합재의 미세구조는 수학적인 RMDF(random morphology description functions) 모델링기법을 복합재의 2차원 RVE(representative volume element) 영 역에 적용하여 생성하였다. 그리고 미세구조 생성에 필요한 가우스 함수들의 개수에 따라 미세구조의 계층적 모델을 정의하였다. 한편 임의 미세구조 내 금속과 세라믹 입자가 차지하는 체적분율(volume fraction)은 RMDF 함수의 레벨을 조정함으로서 설정하였다. RMDF기법에 의한 미세구조들은 가우스 함수들의 개수가 일정할지라도 랜덤하게 생성된다. 이렇게 랜덤 하게 생성되는 미세구조들을 2차원 보(beam) 모델에 적용하여 미세구조의 스케일에 따른 수직응력과 전단응력의 계층적 변 동을 수치 해석적으로 고찰하였다. 또한, 균열해석을 통해 RMDF의 랜덤성과 가우스 함수들의 개수가 균열선단에서의 응력 값에 미치는 영향을 고찰하였다.

본 연구에서의 날개 앞전은 날개의 공기역학적인 기능뿐만 아니라 조류 등의 외부의 손상을 줄 수 있는 것으로부터 날개 내부 구성요소를 보호하고 안전한 항공기 운항을 위한 반드시 필요한 구조 요소이다. 복합재 무인기의 날개 경량화를 위한 최적의 제작 모델을 비교․검토하였다. MSC. Patran/Nastran을 이용한 유한요소해석을 통하여 비틀림 하중의 변위 형상을 비교․확인하였으며, 각 모델들의 비틀림 강도 실험을 통하여 적층 유형, 두께 변화 및 형상 적용에 따른 경량화 성능 개선 을 확인하므로써 소형 복합재 무인기 최적의 경량화 날개 앞전스킨의 형태를 제시하였다.

복합소재는 가벼운 중량과 높은 비강성 및 비강도의 장점을 갖는다. 본 연구에서는 고성능 방재를 위하여 층간 분리 손상을 갖는 복합소재 구조에 대한 유한 요소 모델링을 엄밀한 고차항 판 이론에 근간하여 수행하였다. 3차원의 층간분리 현상을 절점당 7개의 자유도를 갖는 2차원 유한요소로 정식화하여 층간분리영역 경계에서의 변위를 일치시키기 위한 변환기법을 적용하였다. 유한요소 정식화 과정에서, 본 연구에서는 다음과 같은 영역에서의 세가지 타입의 요소를 적용하였다. (1) 층간분리가 일어나지 않은 영역 (2) 층간분리가 일어난 영역에서의 요소 (3) 층간분리가 시작되는 경계 영역에서의 요소. 층간분리 영역은 동일한 위치에서 층간분리의 윗부분 요소와 아랫 부분 요소로 구분하여 적용하였다.