Optimum Design and Vibration Analysis of a Naval Piercing Bomb for Impact Assessment on a Fuze Structure

함포탄이 고속으로 선체에 충돌 관통할 때 포탄의 선두부에 발생하는 응력과 변형, 진동 및 가속도의 크기가 어떻게 포탄의 하부 및 신관으로 전달되는지를 이해하기 위해서 충돌 관통 하중을 계산하여 상세 유한요소해석을 수행하였다. 특히, 포탄의 길이 방향으로 전달되는 큰 변형과 충격 가속도가 관통 후 선체 내에서 폭발토록 지연시키는 신관의 기능에 미치는 영향을 평가하였다. 충돌과 동시에 신관이 조기 작동하여 표면에서 폭발하는 경우가 종종 있기 때문이다. 해석 대상인 함포탄은 7종류의 재료인 AISI4340, AISI4340F, gypsum, Al7075-T6, AISI1030, pelt, MC-Nylon으로 구성되며 층상 구조이다. 충돌 하중을 고려한 FEM 기반 최적 설계 기법을 적용하여 부피의 증가 없이 충돌-관통 에너지를 더 효과적으로 흡수할 수 있는 탄체 구조를 제시했다. 최적화된 탄체 내 신관보호 구조에 대해서 변형과 가속도를 유한요소해석으로 계산한 결과 관통 시 신관에 미치는 영향은 미미함을 확인하였다.