• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권1호
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• pp.372-378
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• 2021

방탄조끼는 전투원의 안전과 생명에 직결되는 군수품으로서, 방탄성능에 대한 요구조건의 충족여부가 무엇보다 중요하다. 우리 군에서는 방탄조끼의 요구 성능을 미 법무성 사업연구소(National Institute of Justice, NIJ)에서 발간한 NIJ STD-0101.06에서 규정하는 Level IIIA 수준으로 요구하고 있으며, 매 로트마다 수락시험을 진행하고 있다. 방탄성능을 평가하는 요소로 사격 시 관통여부 뿐만 아니라, 미 관통 시에도 후면 지지재료의 후면변형 기준인 44 mm 이하에 대한 충족여부도 고려하여 요구 성능에 대한 일치/불일치를 평가하고 있다. 후면변형은 지지재료의 물리적 성질과 탄속에 따른 충격량의 변화 등과 같이 다양한 시험요인이 시험 결과에 영향을 미치게 되는데, 본 연구에서는 이러한 외부인자의 영향성을 제거하기 위한 데이터 처리 시 분산분석을 도입하여 동일한 조건을 갖는 데이터를 추출 하였고, 이를 통해 방탄성능에 대한 분석을 수행하였다. 분석결과, 후면변형과 탄속, 환경처리 유/무 그리고 방호면적과의 상관관계를 확인하였을 뿐만 아니라, 로트별 후면변형 구간 추정을 통해서 양산 공정분석을 수행하였다. 이를 통해서 방탄성능평가에 대한 새로운 방법론을 제시하고, 향후 품질보증 관련 활동에 적용하기 위한 새로운 패러다임을 제시하고자 하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제36권5호
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• pp.331-338
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• 2023

현대의 방탄 장갑은 우수한 관통 저항성을 갖추어야할 뿐만 아니라 군인과 군용차량의 기동성이 확보되어야 하기 때문에 경량화가 중요한 개발 요소가 되었다. 이종 적층 평판 구조의 방탄 장갑의 방탄 성능은 동일 중량 대비 구성 재료의 배열에 따라 달라진다. 본 논문에서는 케블라, 초고분자량 폴리에틸렌 그리고 에바 폼으로 구성된 방탄 장갑의 적층 배열에 따른 방탄 성능을 분석한다. 구성 재료의 두께가 5mm와 6.5mm인 두 가지 경우에서 6가지 적층 배열에 대하여 7.62 × 51mm NATO 탄환의 M80 탄을 856m/s의 속도로 충돌시키는 피탄 해석을 수행하였다. 방탄 성능을 평가하기 위해 이종 적층 평판을 관통한 발사체의 잔류 속도와 잔류 에너지를 측정하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 케블라, 초고분자량 폴리에틸렌, 에바 폼의 배열 순서를 갖는 적층 구조가 동일 중량에 대해 가장 우수한 방탄 성능을 가짐을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.487-495
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• 2012

고속의 탄을 방호하기 위해 전통적으로 알루미늄 합금, RHA(Rolled Homogeneous Armour) 강과 같이 인장 및 압축 강도가 큰 금속이 주로 방탄재료로 사용되었다. 이런 전통적인 방탄재료는 우수한 방탄성능을 가지는 반면, 면 밀도가 커서 방탄 장갑의 무게를 증가시키는 요인이 된다. 때문에 작은 면 밀도를 가질 뿐만 아니라 큰 비강도를 가지는 마그네슘합금이 전통적인 방탄재료의 대체제로 평가받고 있다. 하지만 전통적인 방탄재료에 비해 마그네슘합금의 공간 효율이 떨어져 장갑의 두께 혹은 부피를 증가시키는 요인이 된다. 본 연구에서는 마그네슘합금의 공간 효율의 개선을 위해 마그네슘합금 단일물질이 아닌 세라믹(Ceramic), 마그네슘합금(Mg alloy), 케블라(Kevlar)를 순서대로 적층한 하이브리드 장갑모델을 선정하였고, 9mm FMJ(Full Metal Jarket) 탄 위협에 대한 방탄해석을 통해 하이브리드 장갑이 방탄성능 척도인 면밀도를 감소시킬 뿐만 아니라 공간효율도 개선시킴을 보였다.

• Composites Research
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• 제24권2호
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• pp.46-50
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• 2011

이 논문은 전투차량의 주 장갑재료로 사용되는 금속장갑재료의 개발현황 및 방탄성능에 영향을 미치는 조직학적 요인들을 중심으로 방탄성 향상을 위한 요소기술을 살펴보고, 향후 금속장갑재의 발전전망에 대하여 서술하였다. 금속장갑재는 요구되는 방호특성에 따라 사용되는 합금계가 다르지만 강도와 인성을 최적화하여 위협 탄에 대한 관통저항성 및 취성파단에 대한 저항성을 극대화하는 것이 필요하며, 이를 위해서는 금속재료의 방탄조건에서 특정적으로 나타나는 단열전단현상을 이해하고 적절히 제어하는 기술이 요구된다.

• 한국의류학회지
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• 제25권9호
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• pp.1661-1668
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• 2001

본고는 지뢰 방호복을 개발, 국산화하기 위해 먼저 방탄소재 구성방법에 관하여 실험한 결과이다. 기존의 여러 겹의 파라-아라미드(Para-aramid)나 단순히 파라-아라미드와 폴리 에틸렌 필름(Polyethlene film)을 조합한 소재구성과는 달리 케블라 파이버(Kevlar fiber)로 만들어진 펠트(felt)를 첨가하여 방탄원리 및 특성을 고려한 구성으로 방호복의 중량을 줄이면서 착용자로 하여금 유연성과 동작성을 향상시켜 임무수행과 안전성을 높일 수 있는 방호복을 개발하고자 하였다. 1) Para-aramid(내 충격열) + Flex-felt(충격 에너지 흡수) + Para-aramid(backface Polyethylene film(에너지 분산 극대)+Para-aramid(내 마찰열, backface순으로 소재를 배열함으로써 기존의 Para-aramed 36겹에 대하여 Para-aramid13겹, Polyethylene film 13겹, 그리고 펠트 1겹으로 동일한 방호성능을 얻었다. 2) 새로운 소재 구성 방법 에 의 한 방탄소재는 동일한 방호성능을 갖는 기존의 소재 구성 방법 에 따른 방탄소재 보다 중량에서 34-l9% ,더 가벼운 것으로 나타나 방호복 구성시 유연성이나 동작성에 유리 할 것으로 사료된다. 3) NIJ-STD-0101.03에서 의 Armor type II에 해당하는 시편 I의 방호한계속도로 구한 운동 에너지량은 154.4J Armor type III-A에 해 당하는 시편II의 방호한계속도로 구한 운동 에너지 량은 183.0J로 나타나 두 시편 모두 5m의 거리에서 M16Al지뢰의 0.032~0.044g사이 의 파편에 대해서 50%의 관통확률을 갖는 것으로 나타났다.

• 한국재료학회지
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• 제7권9호
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• pp.795-804
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• 1997

전면재를 알루미나, 후면재를 Kevlar또는 S-2 유리 섬유강화 복합재료로 접합한 이종재료 장갑에 대하여 알루미나의 두께 변화와 복합재료의 적층구조에 따른 고속충격 특성 변화에 대하여 연구하였다. 또한 시험재료의 동적 관통현상을 분석하기 위하여 고속촬영기법이 이용되었다. 시험결과, 전면재인 알루미나는 충격탄자 직경의 80% 상당하는 두께(본 실험에서는 6nm)인 경우 양호한 방탄성능을 보였다. 후면재인 복합재료는 섬유를 alternating 주조로 적층한 경우가 laminar구조로 적층한 것에 비하여 더 우수한 방탄성능을 나타내었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권6호
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• pp.332-339
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• 2020

본 연구는 방탄헬멧의 저장 수명을 설정하기 위한 선행연구로 방탄헬멧의 노화인자에 대해 고찰해보았다. 방탄헬멧의 노화인자를 추정하기 위해 미군 방탄헬멧 구매요구서상의 환경 처리, 재료의 재질 등에서 공통적으로 요구하는 환경 처리에 관한 내용을 고려하여 '온도' 인자가 방탄헬멧의 수명에 가장 많은 영향을 미칠 것이라는 가설을 수립하였다. 이 가설을 검증하기 위해 방탄헬멧의 고온 가속 환경 처리를 수행하고 아레니우스 식을 적용하여 고온에 따른 수명을 산출하였다. 본 연구의 결과로 방탄성능과 고온 환경 처리 간 음(-)의 상관관계를 확인했으며, 아레니우스 모델을 활용하여 수명을 도출해냄으로써 노화인자로서의 온도의 영향성은 크지 않음을 확인하였다. 본 연구의 한계점으로 시험 대상이 가지고 있는 특수성(군수품)으로 인해 다양하고 많은 시료수를 확보하지 못했다는 것을 들 수 있다. 하지만 방탄헬멧의 수명 관련 연구가 진행되지 않았음을 고려할 때 이에 대한 선행연구를 수행했다는 데에서 본 연구가 시사하는 바가 크다고 할 수 있으며, 한국군 방탄헬멧 규격의 개선에 대한 검토 자료로서 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 접착 및 계면
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• 제12권3호
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• pp.94-98
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• 2011

열경화성 및 열가소성 우레탄 수지 첨가에 따른 헤라크론/페놀수지 복합재료의 방탄성능 변화를 고찰하였다. 먼저 페놀 또는 우레탄 수지를 헤라크론 직조섬유에 스프레이 코팅하여 프리프레그를 제조하고, 이들의(페놀/우레탄) 비율을 변화시켜 16층의 복합재료를 $150^{\circ}C$에서 $150kg/cm^2$의 압력으로 25 min간 성형하여 제조하였다. 방탄성능은 1.1 g 모의파편탄(22 cal)으로 분석하였으며, 우레탄 수지의 종류 및 페놀/우레탄 프리프레그의 비율에 따른 V50 변화를 고찰하였다.

• Composites Research
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• 제20권3호
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• pp.1-7
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• 2007

본 연구는 전단농화유체(STF)가 함침된 Kevlar 복합재료(STF-Kevlar composite)의 제조 및 방탄성능 평가에 관한 내용이다. 전단농화유체는 fumed silica와 구형 silica를 에틸렌글리콜에 혼합하여 제조하였고 이 유체를 Kevlar직물에 함침시켜 액체방탄재료를 제작하였다. 전단농화거동을 조사한 결과 사용된 STF는 모두 전단농화거동이 발현됨을 확인하였다. 그리고 방탄시험 결과 구형silica STF-Kevlar 복합재료가 보다 우수한 방탄특성을 나타내었다. 한편 방탄시험 시 neat Kevlar 시험편에서는 탄자가 섬유를 pull-out하면서 관통하는 현상이 발생하였으나 LBA시험편에서는 섬유의 pull-out 대신 원주방향으로 섬유가 변형되면서 방탄재료가 변형되는 거동을 보여 서로 다른 변형거동을 각각 나타내는 것으로 관찰되었다.

• Composites Research
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• 제29권1호
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• pp.24-32
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• 2016

본 연구에서는 3D 아이소파라메트릭 쉘요소 모델을 사용하여 전단농화유체(STF: shear thickening fluid)가 함침된 케블라 페브릭(Kevlar fabric) 복합재의 방탄성능에 대하여 해석을 수행하였다. 다양한 적층복합재(12, 18, 20, 24-layer)를 대상으로 탄두 초기속도에 따른 충돌 후 속도(Residual velocity)를 측정하여 실험치와 비교하였다. SFT가 함침된 복합재의 방탄 성능의 효과를 검증하기 위하여 다양한 속도영역에서 STF가 함침된 것과 함침 되지 않은 것의 방탄성능을 비교하였다. STF가 함침된 케블라 페브릭은 450 m/s 이하의 저속에서는 비교적 큰 마찰효과를 일으키며 고속에서는 STF가 함침된 Kevlar fabric의 마찰효과는 기대할 수 없는 수준으로 오히려 역효과를 일으키는 것을 확인할 수 있었다. 연구를 통해 STF가 함침된 케블라 페브릭의 특성을 퇴화 3D 쉘 요소를 사용하여 효과적으로 모사할 수 있었으며, 실험 치와의 결과 비교를 통하여 그 유효성을 검증하였다.