오목 리브 구조 활용 프로그래밍 가능 엇셈 재료

Programmable multifunctional auxetic metamaterials via concave rib architecture

Changfang Zhao, Yangzuo Liu, Jiangfan Zhang 외 4인·Engineering Structures·발표 2026.03· 21 인용

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한국어 핵심 요약

엇셈(Auxetic) 메타물질은 인장 시 횡방향 팽창이라는 비직관적인 변형 거동을 보이며 항공우주 및 자동차 분야에서 큰 잠재력을 가진다. 그러나 기존 설계는 고정된 푸아송 비(NPR), 단일 변형 모드, 제한적인 하중 반응 등의 한계를 지닌다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하기 위해 오목 리브로 변형된 엇셈 메타물질(CRMAM)을 제안한다. CRMAM 아키텍처는 음수에서 양수까지 프로그래밍 가능한 푸아송 비, 다단계 변형, 순차적 하중 평탄화를 가능하게 한다. 이는 기존 재진입(re-entrant) 구조 대비 비에너지 흡수율(SEA)을 135% 이상 향상시킨다. 또한, CRMAM은 임계 충격 속도에 따라 세 가지 동적 압축 거동을 보이며 속도 의존적인 특성을 나타낸다. 나아가 전략적인 리브 배열을 통해 500–3600 Hz의 초광대역 포노닉 밴드갭을 생성하여 탁월한 진동 감쇠 성능을 구현한다. 이 설계 프레임워크는 주문형 기계적 튜닝 및 파동 제어를 통합하여, 기하학적 매개변수를 넘어선 메타물질의 프로그래밍 가능성을 다기능 응용 분야로 확장한다.

섹션 미리보기

연구 배경

엇셈 메타물질은 인장 시 횡방향 팽창을 보이는 독특한 변형 특성으로 항공우주 및 자동차 분야에서 주목받고 있다. 하지만 기존 설계는 고정된 푸아송 비와 단일 변형 모드, 제한적인 하중 반응 등의 한계로 인해 응용 범위가 제한적이었다.

핵심 발견

본 연구에서 제안하는 오목 리브 변형 엇셈 메타물질(CRMAM)은 프로그래밍 가능한 푸아송 비, 다단계 변형, 순차적 하중 평탄화를 구현한다. 이는 기존 구조 대비 비에너지 흡수율을 135% 이상 향상시키며, 초광대역 포노닉 밴드갭을 통해 뛰어난 진동 감쇠 성능을 제공한다.

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