X-FEM을 이용한 멀티 스케일 생체 경조직의 파괴 거동에 관한 연구

Abstract

인위적으로 만든 재료들은 외력을 받게 되면 변형을 하게 되거나 갑자기 파괴된다. 이는 사고를 유발하여 인명피해를 불러 일으킬 수 있다. 하지만 계층구조는 역학적으로 뛰어난 성질을 가지고 있다. 특히, 높은 파괴인성과 탄성계수는 계층구조물이 안전성이 높다는 것을 증명해 준다. 본 연구에서는 치아의 에나멜을 연구 대상으로 정하였다. 에나멜은 신체의 대표적인 계층구조로 0~3까지의 Level이 있으며 4개의 계층구조로 이루어져있다. 현재 에나멜층의 실험적인 결과는 있지만 각 Level에 해당하는 역학적 성질에 대한 연구 결과는 부족하다. Level3의 Continuum Model의 경우 실험 결과가 존재함으로 해석결과와 비교하여 타당성을 검증할 것이다. 본 연구에서는 Level-0 Crystallite, Level-1 Enamel Rod, Level-2 Assemblage of Enamel Rod, Level-3 Enamel로 된 각 계층에 대한 파괴 거동을 파악할 것이다. 그리고 에나멜은 비균질성 재료로 현재까지 Level-1 Enamel Rod의 방향 때문이라는 연구 결과가 있어 방향에 따른 역학적 성질도 파악할 것이다. 그리고 기존의 실험 결과와 비교를 할 것이고, Level에 따른 파괴거동의 차이를 알아볼 것이다. 현재 차세대 재료 설계 기법의 연구로 생체 모방에 대한 관심이 이다. 에나멜의 역학적 성질을 파악하는 것은 앞으로의 생체 모방 사례를 수집하여 적용 가능성을 검토할 수 있는데 기여할 것이다.