KR102378544B1 - 구조물 손상 예측 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

구조물 손상 예측 방법 및 시스템이 제시된다. 일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 방법은, 위협체가 표적과 충돌 시 발생되어 비산되는 파편들에 대해 고속충돌 해석을 수행하는 단계; 상기 파편들의 물리량을 획득하기 위해 각 파편을 구성하는 입자들을 판별하는 단계; 상기 파편들에 의해 손상이 발생되는 구조물의 조건을 설정하는 단계; 상기 각 파편과 상기 구조물 간의 충돌조건을 연산하는 단계; 상기 구조물에 발생된 관통구의 개수를 계산하는 단계; 및 상기 관통구의 개수와 위치에 기반하여 상기 구조물의 손상을 예측하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

구조물 손상 예측 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR PREDICTING STRUCTURE DAMAGE}
아래의 실시예들은 구조물 손상 예측 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속충돌로 인하여 발생한 파편이 다양한 기하학적 조건의 구조물에 발생시키는 손상을 예측하는 구조물 손상 예측 방법 및 시스템에 관한 것이다.
고속의 비행체와 표적과의 충돌은 표적의 관통과 더불어 다수의 파편으로 형성된 파편운을 발생시킨다. 표적 후면으로 팽창하는 파편운은 표적이 보호해야 할 인명 또는 구조물에 실질적인 피해를 유발하게 된다.
도 1은 고속충돌로 인하여 발생한 파편과 손상된 구조물을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 고속의 비행체와 같은 위협체와 표적(110)의 충돌로 발생한 파편(120)과, 이러한 파편(120)에 의하여 손상된 구조물(130)의 예를 나타낸다.
이와 같이 다수의 파편으로 인한 피해를 예측하기 위해서는 고속충돌 실험에 기반한 파편의 거동에 대한 연구가 필수적이지만, 고속충돌 실험의 수행에는 높은 비용과 위험성뿐만 아니라 짧은 순간 발생하는 현상에 대한 관측의 어려움과 같은 치명적인 한계가 따르게 된다. 따라서 고속충돌 현상에 대한 이론과 해석적 기법에 기반한 연구가 수행되어 왔다. 입자완화 유체동역학(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH) 해석기법은 통상적인 유한요소해석에 사용되는 다각형 격자 대신에 다수의 입자를 사용하여 해석대상을 구성하며, 이에 따라 고속충돌 시 발생하는 대변형 현상과 발생하는 파편운의 형상을 적절하게 모사할 수 있다.
한편, 다수의 파편으로 인한 구조물의 손상을 예측 및 평가하기 위해서는 파편의 거동뿐만 아니라 구조물의 기하학적/구조적 조건이 고려되어야 하고, 더욱이 파편과 구조물간의 충돌 조건 또한 고려되어야 한다. 입자완화 유체동역학(SPH)과 유한요소 해석기법을 연계하면 고속충돌로 인한 파편운의 발생과 파편으로 인한 구조물의 손상 현상을 모사할 수 있다.
하지만, 이를 위해서는 발생한 파편운이 구조물과 충돌할 때까지 오랜 시간 동안 해석이 수행되어야 할 뿐만 아니라, 파편운과의 충돌로 파괴되는 구조물을 모사하기 위한 추가적인 연산이 필수적이다. 더욱이, 동일한 충돌에 의하여 발생한 파편이라도, 이들이 위협을 가하는 구조물이 변경될 때마다 파편 비산 모사를 위한 충돌 해석을 반복해서 수행되어야 한다.
도 2는 고속충돌로 발생한 파편운 형상의 예를 나타내는 도면이다. 그리도 도 3은 입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법을 적용한 충돌해석을 나타내는 도면이다.
고속의 비행체와 표적과의 충돌은, 도 2에 도시된 바와 같은 형상의 파편운(121)을 발생시킬 수 있다. 입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법은 대량의 입자를 사용해서 해석대상을 구성하는 해석기법이며, 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 입자를 통하여 파편(120)과 이로 구성된 파편운(121)의 형상을 모사할 수 있다. 즉, 입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법을 적용한 충돌해석을 통하여 예측된 파편운(121)의 형상, 파편운(121)을 형성하는 파편(120) 및 파편(120)을 구성하는 입자완화 유체동역학(SPH) 입자(122)를 나타낼 수 있다.
(비특허문헌 1 내지 3)은 이러한 입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법에 기반하여 파편으로 인한 구조물의 손상을 예측하였다.
(비특허문헌 1)에서 Bohl 등은 알루미늄 재질의 구와 표적판 간의 충돌로 발생한 파편이 구조물에 가하는 손상에 대한 연구를 수행하였다. 다양한 지름과 속도의 구형상 위협체와 특정 기울기의 표적판 간의 충돌해석을 수행하였다. 파편으로 인하여 손상되는 구조물은 라그란지안 요소를 사용하여 모델링 하였고, 비산되는 입자들과 충돌한 부분의 밀도가 특정 값 이하로 감소하게 되면 소재의 분리가 발생한 것으로 가정하여 손상이 발생한 것으로 판단하였다.
(비특허문헌 2)에서 Wen 등은 알루미늄 구와 표적간의 충돌에 대한 해석을 수행하였고, 발생한 파편운이 기울어진 구조물에 발생시키는 손상에 대한 연구를 수행하였다. 임의의 위치를 설정하여 구조물로 가정하였고, 해당 위치를 통과하는 입자들의 운동량을 구하여 운동량의 값이 특정한 값 이상이 될 경우 손상이 발생한 것으로 가정하였다.
(비특허문헌 3)에서 Poniaev 등은 육면체 형상의 위협체와 알루미늄 표적간의 충돌현상을 해석하였다. 파편이 손상을 가하는 구조물은 유한요소해석기법을 통하여 모델링 하였고, 비산된 입자들과 충돌하여 손상된 요소를 구하기 위하여 Johnson-Cook 파손모델을 적용하였다.
입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법은 다수의 입자를 통하여 파편의 형상에 대한 모사는 가능하지만, 각 파편을 구성하는 입자들을 명확하게 판별할 수 없으며, 따라서 각 파편의 물리량을 획득하는 데에는 어려움이 따른다. (비특허문헌 1 내지 3)에서 수행된 해석기반 손상 예측 방법들은 파편운을 구성하는 개별 파편의 물리량이 아닌 입자완화 유체동역학(SPH) 입자 분포에 기반하여 구조물의 손상을 예측하였으며, 이와 같은 손상 예측 방법은 다음과 같은 한계를 가지고 있다. 우선, 정확도 측면에서, 다수의 입자들이 형성하는 파편이 정확하게 판별되지 않기 때문에 파편과 구조물이 충돌하는 정확한 위치의 판별이 불가능하다. 뿐만 아니라 구조물 밀도 변화, 입자 운동량 분포와 같은 간접적인 방법으로 구조물의 손상을 예측하여야 하기 때문에 손상 발생여부를 명확하게 판별하는데 있어 한계가 존재한다.
해석 비용적인 측면에서도, 충돌로 비산되는 모든 입자가 설정된 구조물에 충돌하는 시점까지 해석이 진행되어야 하며, 이는 해석비용을 증가시킬 뿐만 아니라 입자간 간격이 멀어짐에 따라 발산할 확률이 증가하는 입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법의 특성상 치명적인 단점이 된다. 마지막으로 구조물의 기하학적 조건 또는 소재가 변경됨에 따라 충돌해석을 반복해서 수행하여야 하며, 이는 높은 해석비용을 더욱 증가시키는 결과를 유발한다.
Bohl W.E., Miller J.E., Christiansen E.L., Davis B.A., HVI ballistic performance characterization of non-parallel walls. Procedia Engineering. vol. 58, pp. 21-30, 2013. doi:10.1016/j.proeng.2013.05.005. Wen X., Huang J., Ke F., Ma Z., Liu S., Debris dispersion effect in N-shape configuration. Acta Astronaut, vol. 104, pp. 173-178, 2014. doi:10.1016/j.actaastro.2014.06.037. Poniaev S.A., Kurakin R.O., Sedov A.I., Bobashev S.V.., Zhukov B.G., Nechunaev A.F., Hypervelocity impact of mm-size plastic projectile on thin aluminum plate. Acta Astronaut, vol. 135, pp. 26-33, 2017. doi:10.1016/j.actaastro.2016.11.011. Charters A.C., Locke G.S. Jr., A preliminary investigation of high-speed impact: The penetration of small spheres into thick copper targets. 1957. Wang X., Jiang J., Sun S., Men J., Wang S., Investigation on the spatial distribution characteristics of behind-armor debris formed by the perforation of EFP through steel target. Defence Technology, 2019. (In Press)
실시예들은 구조물 손상 예측 방법 및 시스템에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 고속충돌로 인하여 발생한 파편이 다양한 기하학적 조건의 구조물에 발생시키는 손상을 예측하는 기술과 이를 위한 프로그램을 제공한다.
실시예들은 입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법을 사용하여 충돌로 비산되는 파편의 궤적과 물리량을 구하고, 이를 기반으로 하여 파편이 다양한 조건으로 배치된 구조물에 가하는 손상을 예측하기 위한 구조물 손상 예측 방법 및 시스템을 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 방법은, 위협체가 표적과 충돌 시 발생되어 비산되는 파편들에 대해 고속충돌 해석을 수행하는 단계; 상기 파편들의 물리량을 획득하기 위해 각 파편을 구성하는 입자들을 판별하는 단계; 상기 파편들에 의해 손상이 발생되는 구조물의 조건을 설정하는 단계; 상기 각 파편과 상기 구조물 간의 충돌조건을 연산하는 단계; 상기 구조물에 발생된 관통구의 개수를 계산하는 단계; 및 상기 관통구의 개수와 위치에 기반하여 상기 구조물의 손상을 예측하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 고속충돌 해석을 수행하는 단계는, 입자완화 유체동역학(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH) 해석기법을 사용하여 다수의 입자로 모델링된 상기 위협체와 상기 표적 간의 고속충돌 해석을 수행할 수 있다.
상기 각 파편을 구성하는 입자들을 판별하는 단계는, 판별된 상기 각 파편 궤적상의 임의의 좌표와 상기 파편의 속도벡터를 사용하여 파편 궤적을 직선방정식으로 나타낼 수 있다.
상기 파편들에 의해 손상이 발생되는 구조물의 조건을 설정하는 단계는, 상기 구조물이 형성하는 평면의 수직벡터 및 중심점 좌표를 통하여 상기 구조물을 평면방정식으로 표현할 수 있다.
상기 파편의 상기 구조물의 관통 여부를 판별하기 위하여 상기 구조물의 두께, 밀도 및 음파전달속도가 설정될 수 있다.
상기 각 파편과 상기 구조물 간의 충돌조건을 연산하는 단계는, 상기 각 파편의 궤적이 형성하는 직선방정식과 상기 구조물의 평면방정식과의 교점 좌표 및 형성되는 직선과 평면간의 각도를 계산하여 충돌 위치와 충돌 각도를 계산할 수 있다.
상기 구조물에 발생된 관통구의 개수를 계산하는 단계는, 관통 깊이 예측식을 사용하여 상기 각 파편과 상기 구조물간의 충돌 시 관통 깊이를 예측하고, 예측된 상기 관통 깊이를 상기 구조물의 두께와 비교하여 관통 여부를 판별할 수 있다.
상기 구조물의 손상을 예측하는 단계는, 상기 구조물 상에 발생된 관통구의 총 개수와 상기 각 관통구의 위치를 사용하여 상기 구조물에 발생된 손상을 정량적으로 예측할 수 있다.
다른 실시예에 따른 구조물 손상 예측 시스템은, 위협체가 표적과 충돌 시 발생되어 비산되는 파편들에 대해 고속충돌 해석을 수행하는 고속충돌 해석부; 상기 파편들의 물리량을 획득하기 위해 각 파편을 구성하는 입자들을 판별하는 파편 판별부; 상기 파편들에 의해 손상이 발생되는 구조물의 조건을 설정하는 구조물 설정부; 상기 각 파편과 상기 구조물 간의 충돌조건을 연산하는 충돌조건 연산부; 상기 구조물에 발생된 관통구의 개수를 계산하는 관통구 개수 계산부; 및 상기 관통구의 개수와 위치에 기반하여 상기 구조물의 손상을 예측하는 구조물 손상 예측부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 고속충돌 해석부는, 입자완화 유체동역학(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH) 해석기법을 사용하여 다수의 입자로 모델링된 상기 위협체와 상기 표적 간의 고속충돌 해석을 수행할 수 있다.
실시예들에 따르면 입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법을 사용하여 충돌로 비산되는 파편의 궤적과 물리량을 구하고, 이를 기반으로 하여 파편이 다양한 조건으로 배치된 구조물에 가하는 손상을 예측하기 위한 구조물 손상 예측 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.
실시예들에 따르면 충돌로 발생한 입자데이터를 활용하여 이들이 구성하는 파편이 다양한 조건의 구조물에 가하는 손상을 추가적인 해석 수행 없이 예측함으로써, 파편으로 인한 구조물의 손상 예측에 필요한 연산비용을 크게 감소시킬 수 있는 구조물 손상 예측 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 고속충돌로 인하여 발생한 파편과 손상된 구조물을 나타내는 도면이다.
도 2는 고속충돌로 발생한 파편운 형상의 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법을 적용한 충돌해석을 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 고속충돌 해석을 구성하는 위협체 및 표적을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 비산되는 임의의 파편과 구조물의 충돌을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 프로그램을 구성하는 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 고속충돌 실험의 예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 고속충돌 실험의 예에서 측정된 파편운의 형상 및 예측된 파편운의 형상을 나타내는 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 고속충돌 실험의 예에서 획득된 관측판의 손상 및 구조물 손상 예측 프로그램을 통하여 예측된 관측판의 손상 분포를 나타내는 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 고속충돌 실험의 예에서 획득된 관통구의 개수 및 구조물 손상 예측 프로그램을 통하여 예측된 관통구의 개수를 나타내는 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 프로그램을 예측할 수 있는 구조물의 다양한 조건을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 구조물 손상 예측 방법 및 시스템에 관하여 기술하며, 고속충돌로 인하여 발생한 파편이 다양한 기하학적 조건의 구조물에 발생시키는 손상을 예측하는 기술과 이를 위한 프로그램을 제공한다.
실시예들에 따르면 입자완화 유체동역학(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH) 해석기법을 사용하여 고속충돌 현상과 발생하는 파편을 모사할 수 있고, 비산되는 각 파편이 형성하는 궤적과 물리량을 구할 수 있다. 또한, 구해진 파편의 궤적을 통하여 파편과 구조물과의 충돌 조건을 계산할 수 있다. 구조물에 발생한 손상을 정량적으로 평가하기 위하여 각 파편과 구조물 간의 충돌조건에 관통 깊이 예측식을 적용하여 관통구, 즉 손상 여부를 판별할 수 있다. 결과적으로, 실시예들은 파편으로 인한 구조물의 손상을 예측하는 기술을 제공할 수 있으며, 이는 고속의 파편에 의하여 손상될 수 있는 구조물의 설계에 유용하게 활용될 수 있다.
아래에서 구조물 손상 예측 방법 및 시스템에 대해 보다 상세히 설명한다.
실시예들은 입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법에 기반하여 고속충돌로 인하여 발생한 파편이 다양한 기하학적 조건으로 배치된 구조물에 발생시키는 손상을 예측하는 기술과 이를 위한 프로그램을 제공할 수 있다. 고속충돌로 발생한 파편의 궤적은 수 μs에 달하는 짧은 시간을 고려하면, 중력과 공기역학의 영향을 무시할 수 있으며 따라서 공간상에 직선으로 비산된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법을 통하여 이러한 파편의 비산 현상을 모사할 수 있다. 비산되는 파편은 표적 후면에 존재하는 구조물에 다수의 관통구, 즉 손상을 발생시키게 된다.
실시예에서는 공간상에 비산되는 파편의 입자들의 물리량과, 이들이 위협을 가하는 구조물의 배치조건을 입력 데이터로 하여, 파편-구조물 간의 충돌 조건을 계산하고, 궁극적으로는 구조물에 발생한 손상을 정량적으로 예측하기 위한 프로그램을 제공한다. 아래에서 이러한 손상 예측 과정을 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 시스템(400)은, 위협체가 표적과 충돌 시 발생되어 비산되는 파편들에 대해 고속충돌 해석을 수행하는 고속충돌 해석부(410), 파편들의 물리량을 획득하기 위해 각 파편을 구성하는 입자들을 판별하는 파편 판별부(420), 파편들에 의해 손상이 발생되는 구조물의 조건을 설정하는 구조물 설정부(430), 각 파편과 구조물 간의 충돌조건을 연산하는 충돌조건 연산부(440), 구조물에 발생된 관통구의 개수를 계산하는 관통구 개수 계산부(450), 및 관통구의 개수와 위치에 기반하여 구조물의 손상을 예측하는 구조물 손상 예측부(460)를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 고속충돌 해석부는 입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법을 사용하여 다수의 입자로 모델링된 위협체와 표적 간의 고속충돌 해석을 수행할 수 있다.
아래에서 일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 시스템을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5는 일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 방법은, 위협체가 표적과 충돌 시 발생되어 비산되는 파편들에 대해 고속충돌 해석을 수행하는 단계(S110), 파편들의 물리량을 획득하기 위해 각 파편을 구성하는 입자들을 판별하는 단계(S120), 파편들에 의해 손상이 발생되는 구조물의 조건을 설정하는 단계(S130), 각 파편과 구조물 간의 충돌조건을 연산하는 단계(S140), 구조물에 발생된 관통구의 개수를 계산하는 단계(S150), 및 관통구의 개수와 위치에 기반하여 구조물의 손상을 예측하는 단계(S160)를 포함하여 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 방법의 각 단계는 일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 시스템을 예를 들어 설명할 수 있다. 일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 시스템(400)은 고속충돌 해석부(410), 파편 판별부(420), 구조물 설정부(430), 충돌조건 연산부(440), 관통구 개수 계산부(450) 및 구조물 손상 예측부(460)를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서 구조물은 파편에 의해 손상되는 인명 또는 구조물을 포함할 수 있다.
단계(S110)에서, 고속충돌 해석부(410)는 위협체가 표적과 충돌 시 발생되어 비산되는 파편들에 대해 고속충돌 해석을 수행할 수 있다. 여기서, 고속충돌 해석부(410)는 입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법을 사용하여 다수의 입자로 모델링된 위협체와 표적 간의 고속충돌 해석을 수행함으로써, 비산되는 파편의 입자들의 물리량을 획득할 수 있다. 위협체가 충분히 빠른 속도로 표적과 충돌하는 경우, 위협체가 표적을 관통하며 다수의 파편을 생성하고, 생성된 파편은 표적의 뒤편으로 비산될 수 있다. 입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법을 사용하면, 다수의 입자를 통하여 고속충돌로 발생한 파편의 형상을 모사할 수 있다. 고속충돌 해석에는 입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법을 활용할 수 있는 유한요소해석 프로그램이 사용될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 고속충돌 해석을 구성하는 위협체 및 표적을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 고속충돌 해석은 고속으로 비행하는 물체 즉, 위협체(140)와 위협체가 충돌하는 표적(110)으로 구성될 수 있다. 고속충돌 해석을 통하여 비산되는 파편의 각 입자들의 질량을 구할 수 있으며, 충돌 후, 특정 두 시점(T1, T2)에서의 입자 좌표를 통하여 각 입자의 변위와 속도를 구할 수 있다.
단계(S120)에서, 파편 판별부(420)는 파편들의 물리량을 획득하기 위해 각 파편을 구성하는 입자들을 판별할 수 있다. 특히, 파편 판별부(420)는 판별된 각 파편 궤적상의 임의의 좌표와 파편의 속도벡터를 사용하여 파편 궤적을 직선방정식으로 나타낼 수 있다.
비산되는 각 파편이 특정 구조물에 가하는 손상을 예측 및 평가하기 위해서는 각 파편의 질량, 속도와 같은 물리량이 구해져야 한다. 공간상에 비산되는 각 입자들의 변위를 구하고, 유사한 변위를 가지는 입자들을 구별 및 군집화 하면 파편을 형성하는 입자들의 집합을 구할 수 있다. 이는 아래와 같이 고속충돌 해석을 통한 파편 예측 방법을 통해 구할 수 있다.
일 실시예에 따른 고속충돌 해석을 통한 파편 예측 방법은 비행하는 위협체 및 상기 위협체가 충돌하는 표적판 간의 고속충돌 해석 단계, 상기 고속충돌 해석의 결과로 발생한 입자의 궤적을 분석하는 단계, 머신러닝 알고리즘을 사용하여 파편의 개수를 예측하는 단계, 상기 머신러닝 알고리즘을 이용하여 입자를 분류하여 상기 파편을 식별하는 단계, 및 분류된 각각의 상기 파편의 물리량을 계산하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 예측된 상기 파편의 결과를 통하여 파편 분산 특성을 분석하여, 상기 파편의 위협을 정량적으로 평가하는 파편 분석 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 고속충돌 해석은 입자완화유체동역학(SPH) 기법을 사용하며, SPH 입자로 모델링된 상기 위협체와 상기 표적판 간의 충돌을 해석할 수 있다. 한편, 일 실시예에 따른 고속충돌 해석을 통한 파편 예측 방법은 일 실시예에 따른 고속충돌 해석을 통한 파편 예측 장치를 통해 수행될 수 있다.
고속충돌 해석 단계에서, 고속충돌 해석부는 입자완화유체동역학 기법을 적용하여 고속충돌 해석을 수행한다. 해석에는 입자완화유체동역학 기법을 적용한 충돌해석을 수행할 수 있는 유한요소해석 프로그램이 사용된다. 고속충돌 해석은 고속으로 비행하는 물체 즉, 위협체와 위협체가 충돌하는 표적판으로 구성된다. 위협체가 충분히 빠른 속도로 표적판과 충돌하면 표적판을 관통하며 다수의 파편을 생성하고, 생성된 파편은 표적판의 뒤편으로 비산된다. 입자완화유체동역학 기법을 사용하면, 다수의 입자를 통하여 고속충돌로 발생한 파편의 형상을 모사할 수 있다.
입자 궤적 분석 단계에서, 입자 궤적 분석부는 충돌로 인하여 표적판 뒤편으로 비산되는 각 입자들의 궤적을 분석한다. 고속충돌로 인하여 발생한 파편은 공간상에 직선궤적으로 비산되며, 각 파편을 구성하는 입자들은 파편과 동일한 궤적으로 비산된다. 따라서 동일한 궤적으로 비산되는 입자를 분류하여 군집화 하면, 이를 통하여 입자들이 구성하는 각 파편을 식별할 수 있다.
파편 개수 예측 단계에서, 파편 개수 예측부는 상기 입자 궤적 분석 단계에서 구해진 3차원 변위 그래프의 군집 수를 구하여 파편의 개수를 예측한다. 실루엣 지표(silhouette index)는 군집이 얼마나 잘 나누어졌는지 평가하기 위한 지표로서, 이를 이용하여 3차원 변위 그래프의 입자들이 이루는 군집의 수를 구할 수 있으며, 이는 곧 파편의 개수가 된다.
입자 분류 단계에서, 입자 분류부는 k-means 알고리즘을 사용하여 유사한 변위를 가지는 파편을 군집화 한다. 군집의 총 개수인 k 값은 상기 파편 개수 예측 단계에서 구해진 값을 사용한다. 이를 통하여 유사한 변위를 갖는 즉, 하나의 파편을 구성하여 비산되고 있는 입자들을 식별할 수 있다.
파편 물리량 계산 단계에서, 파편 물리량 계산부는 입자 분류 단계에서 분류된 각 파편의 질량, 속도, 운동에너지와 같은 물리량을 계산한다. 각 파편을 구성하는 입자의 물리량을 통하여 입자들이 구성하는 파편의 물리량을 계산 할 수 있다. 파편의 질량은 파편을 구성하는 각 입자 질량을 합을 통하여 구할 수 있다. 파편을 구성하는 입자들은 동일한 속도로 비산하므로 파편의 속도는 파편을 구성하는 임의의 입자 속도와 같다. 구해진 파편의 밀도와 속도를 통하여 파편의 운동에너지와 비산 방향을 계산할 수 있다.
파편 분석 단계에서, 파편 분석부는 예측된 파편 결과를 통하여 파편 분산 특성을 분석한다. 총 파편 개수, 파편 질량 분포, 운동에너지 분포, 비산 각도별 파편 질량분포, 비산각도별 파편 운동에너지 분포 등 파편의 분산 특성을 구할 수 있으며 이를 통하여 파편의 위협을 정량적으로 평가할 수 있다.
본 실시예에서는 상기 방법을 통하여 구해진 입자 집합을 통하여 비산되는 각 파편의 물리량을 구하였다. 파편의 속도는 이를 구성하는 임의의 입자 속도와 같으며, 파편 질량의 경우, 파편을 구성하는 각 입자 질량의 합을 통하여 구할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 비산되는 임의의 파편과 구조물의 충돌을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 비산되는 임의의 파편 j와 구조물의 충돌을 나타낼 수 있다. 직선으로 비산되는 파편의 특성에 기인하면, 파편의 궤적은 다음 식과 같은 직선방정식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020048960812-pat00001
여기서, j는 각 파편의 순서, Pj는 파편 j의 궤적상에 존재하는 임의의 한 점, t는 직선방정식 매개변수,
Figure 112020048960812-pat00002
는 파편 j의 방향벡터를 나타낸다. 이 때, Pj로는 충돌 후 특정 시점 T1에서의 파편의 중점 좌표가 사용될 수 있으며,
Figure 112020048960812-pat00003
로는 각 파편의 속도벡터가 사용될 수 있다.
단계(S130)에서, 구조물 설정부(430)는 파편에 의해 손상되는 구조물의 조건을 설정할 수 있다. 구조물 설정부(430)는 구조물이 형성하는 평면의 수직벡터 및 중심점 좌표를 통하여 구조물을 평면방정식으로 표현할 수 있다. 한편, 파편의 구조물의 관통 여부를 판별하기 위하여 구조물의 두께, 밀도 및 음파전달속도가 설정될 수 있다.
도 7을 참조하면, 표적으로부터 특정한 거리 뒤에 배치된 구조물이 구성하는 평면은 다음 식과 같은 평면방정식으로 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112020048960812-pat00004
여기서,
Figure 112020048960812-pat00005
는 평면의 수직벡터, Pp는 평면상의 임의의 점을 나타낸다. 수직벡터
Figure 112020048960812-pat00006
를 통하여 구조물의 기울기를 설정할 수 있다. Pp로는 평면의 중점 Pc가 사용될 수 있으며, 이의 좌표를 통하여 표적과의 거리를 설정할 수 있다. 더욱이, 향후 각 파편에 의한 관통 여부를 판별하기 위하여 구조물의 두께(thk)와 소재가 설정될 수 있다. 사용되는 소재의 물성으로는 소재의 음파전달속도(Ct )와 밀도(
Figure 112020048960812-pat00007
)가 사용될 수 있다.
단계(S140)에서, 충돌조건 연산부(440)는 각 파편과 구조물 간의 충돌조건을 연산할 수 있다. 충돌조건 연산부(440)는 각 파편의 궤적이 형성하는 직선방정식과 구조물의 평면방정식과의 교점 좌표 및 형성되는 직선과 평면간의 각도를 계산하여 충돌 위치와 충돌 각도를 계산할 수 있다.
도 7을 참조하면, 파편과 구조물의 충돌위치(Pij)는 각 파편의 궤적과 구조물 평면의 교점을 통하여 구해질 수 있다. 이를 위하여 [수학식 1]을 [수학식 2]에 대입하면 다음과 식을 구할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112020048960812-pat00008
또한, [수학식 3]은 다음 식과 같이 파라미터 t를 기준으로 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112020048960812-pat00009
파라미터 t를 [수학식 1]에 대입하여 파편의 궤적과 평면의 교점 Pij를 구할 수 있으며, 이는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112020048960812-pat00010
한편, 파편과 평면간의 충돌각도
Figure 112020048960812-pat00011
는 다음 식을 통하여 구할 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112020048960812-pat00012
단계(S150)에서, 관통구 개수 계산부(450)는 구조물에 발생된 관통구의 개수를 계산할 수 있다. 관통구 개수 계산부(450)는 관통 깊이 예측식을 사용하여 각 파편과 구조물간의 충돌 시 관통 깊이를 예측하고, 예측된 관통 깊이를 구조물의 두께와 비교하여 관통 여부를 판별할 수 있다.
(비특허문헌 4)에서 Charters 등은 구형 위협체가 다양한 소재에 충동할 경우 관통 깊이를 예측하기 위한 식을 제안했고, 이는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112020048960812-pat00013
여기서, H는 관통 깊이, d는 위협체의 직경,
Figure 112020048960812-pat00014
는 위협체의 밀도, vp는 충돌 속도,
Figure 112020048960812-pat00015
는 표적의 밀도, Ct는 표적 소재의 음파전달속도를 나타낸다.
비산되는 각각의 파편을 하나의 위협체로 가정하면, 상기 관통 깊이 예측식을 적용하여 각 파편이 특정 조건의 구조물과 충돌할 때 발생시키는 관통구의 깊이를 예측할 수 있다. 각 파편을 동일한 질량의 구로 가정하면, 구해진 파편의 질량을 통하여 위협체의 직경 d를 구할 수 있다. 각 파편의 속도와 충돌 각도
Figure 112020048960812-pat00016
와의 곱을 통하여 평면에 대하여 수직인 속도성분을 구할 수 있으며, 이를 충돌 속도 vp로 사용할 수 있다. 각 파편이 발생시키는 관통구의 깊이(H)와 표적판의 두께(thk)를 비교하여 깊이가 두께보다 클 경우 관통구가 발생한 것으로 판단할 수 있으며, 이를 통하여 구조물에 발생한 관통구의 위치와 개수를 예측할 수 있다.
단계(S160)에서, 구조물 손상 예측부(460)는 관통구의 개수와 위치에 기반하여 구조물의 손상을 예측할 수 있다. 보다 구체적으로, 구조물 손상 예측부(460)는 구조물 상에 발생된 관통구의 총 개수와 각 관통구의 위치를 사용하여 구조물에 발생된 손상을 정량적으로 예측할 수 있다.
일례로 구조물 전체에 발생한 총 관통구 개수를 구할 수 있으며, 또한 구조물 중심으로부터 거리별 관통구 개수의 분포를 구하여 구조물의 손상을 정량적으로 평가 할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 프로그램을 구성하는 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 손상 예측 과정을 프로그램으로 구성하기 위한 알고리즘을 작성할 수 있다. 여기서, 구조물 손상 예측 프로그램은 앞에서 설명한 일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 방법에 의해 수행될 수 있다. 또한 구조물 손상 예측 프로그램은 앞에서 설명한 일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 시스템을 포함하거나 포함될 수 있다.
실시예
구조물 손상 예측 프로그램은 고속충돌 해석을 통하여 구한 비산되는 입자들의 물리량을 입력데이터로 하여 이들이 구성하는 파편이 다양한 구조물에 유발하는 손상을 예측할 수 있다. 구조물 손상 예측 프로그램의 정확도를 검증하기 위하여 (비특허문헌 5)에서 수행된 고속충돌 실험을 참조하였다. Wang 등은 구리 소재의 EFP(Explosively Formed Penetrator) 위협체와 다양한 두께의 강철 표적과의 충돌로 발생한 파편이 표적 후면에 배치된 알루미늄 구조물에 가하는 손상에 관한 실험을 수행하였다.
도 9는 일 실시예에 따른 고속충돌 실험의 예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 고속충돌 실험의 예(비특허문헌 5)를 개략적으로 나타낸다. EFP는 약 2120 m/s의 속력으로 표적판과 충돌하였으며, 10, 20, 30 mm 세 가지 두께의 강철 표적판이 사용되었다. 500 x 500 x 5 mm 크기의 표적판은 관측판 후면으로부터 500 mm 떨어진 지점에 배치하였고, 충돌 후 관측판에 발생한 관통구의 수를 측정하였다. 상용 유한요소해석 프로그램 LS-DYNA를 사용하여 상기 실험과 동일한 조건에 대한 충돌 해석을 수행하였다. 실험에서 사용된 표적판의 두께에 따라 H10 (10 mm), H20 (20 mm), H30 (30 mm) 세 가지의 해석조건을 구성하였다.
도 10은 일 실시예에 따른 고속충돌 실험의 예에서 측정된 파편운의 형상 및 예측된 파편운의 형상을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, (비특허문헌 5)에서 수행된 실험으로 측정된 파편운의 형상(a, b)과 동일한 조건에 대한 해석을 통하여 예측된 파편운의 형상(c, d)을 나타낸다. 입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법을 통한 파편 모사의 타당성을 검증하기 위하여 도 10과 [표 1]에 실험과 해석을 통하여 얻어진 파편운의 장단축 비를 비교하였다.
[표 1]
Figure 112020048960812-pat00017
실험 결과, 최대 6.2 % 이하의 차이를 보여 입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법을 통한 파편모사의 타당성을 검증하였다.
검증된 입자완화 유체동역학(SPH) 해석기법에 기반하여 비산되는 입자들의 물리량을 구하였다. 충돌 후 임의의 두 시점 (400 μs, 800 μs)에서의 각 입자 좌표를 구하였고, 이를 비교하여 각 입자의 변위와 속력을 구하였다. silhouette 지표를 사용하여 입자들이 구성하는 파편의 개수를 예측하였고, k-means 알고리즘을 사용하여 각 파편을 형성하는 입자들을 클러스터링 하였다. 각 파편을 구성하는 입자 질량을 합하여 파편의 질량을 계산하였고, 임의의 입자 속도를 통하여 파편의 속도
Figure 112020048960812-pat00018
를 획득하였다. 파편을 구성하는 입자 좌표 평균값을 통하여 시점 T1에서 파편의 좌표(Pj)를 구하였으며, 이를 통하여 각 파편의 궤적방정식 [수학식 1]을 구하였다.
실험에 사용된 관측판과 동일한 조건의 구조물을 설정하기 위하여 중심점 Pc와 수직벡터
Figure 112020048960812-pat00019
가 각각 (500, 0, 0), (-1, 0, 0)의 값을 가지는 평면을 설정하였다. 평면의 두께 thk는 5 mm으로 설정하였으며, 알루미늄 소재를 반영하기 위하여 밀도는 2.7 g/cc, 음파전달속도는 6320 m/s로 설정하였다.
도 11은 일 실시예에 따른 고속충돌 실험의 예에서 획득된 관측판의 손상 및 구조물 손상 예측 프로그램을 통하여 예측된 관측판의 손상 분포를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 실험을 통하여 얻어진 관측판의 손상(a, b, c)과 구조물 손상 예측 프로그램을 통하여 예측된 관측판의 손상 분포(d, e, f)를 나타내었고, 유사한 손상 패턴을 보이고 있음을 확인하였다. 구조물 손상 예측 프로그램을 통하여 구해진 결과와 실험 결과를 정량적으로 비교하기 위하여 관통구의 개수를 비교하였다.
도 12는 일 실시예에 따른 고속충돌 실험의 예에서 획득된 관통구의 개수 및 구조물 손상 예측 프로그램을 통하여 예측된 관통구의 개수를 나타내는 도면이다.
관측판 중심을 기준으로 하여 각각 15 mm 간격을 가지는 7개의 동심원을 그리고, 각 동심원에 포함된 관통구의 개수를 비교하여, 도 12에 도시된 바와 같이, 나타낼 수 있다. 각 동심원에 속한 관통구의 개수는 비슷한 경향을 나타냄을 확인할 수 있었으며, 정량적으로는 평균 7 % 미만의 차이를 보여 구조물 손상 예측 프로그램의 정확도를 검증하였다.
본 실시예들을 통하여 구조물 손상 예측 프로그램은 충돌로 발생한 입자데이터를 활용하여 이들이 구성하는 파편이 다양한 조건의 구조물에 가하는 손상을 추가적인 해석 수행 없이 예측할 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 구조물 손상 예측 프로그램을 예측할 수 있는 구조물의 다양한 조건을 나타내는 도면이다.
일례로, 도 13에 도시된 바와 같이, 구조물 손상 예측 프로그램을 사용하면, 상기 실시예들을 통하여 구해진 파편이 다양한 조건(크기, 소재, 두께, 기울기, 표적과 거리)으로 배치된 구조물에 가하는 손상을 추가적인 해석을 수행하지 않고 예측할 수 있다. 이는 파편으로 인한 구조물의 손상 예측에 필요한 연산비용을 크게 감소시킬 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110: 표적
120: 파편
121: 파편운
122: SPH 입자
130: 구조물
140: 위협체

Claims (10)

  1. 위협체가 표적과 충돌 시 발생되어 비산되는 파편들에 대해 고속충돌 해석을 수행하는 단계;
    상기 파편들의 물리량을 획득하기 위해 각 파편을 구성하는 입자들을 판별하는 단계;
    상기 파편들에 의해 손상이 발생되는 구조물의 조건을 설정하는 단계;
    상기 각 파편과 상기 구조물 간의 충돌조건을 연산하는 단계;
    상기 구조물에 발생된 관통구의 개수를 계산하는 단계; 및
    상기 관통구의 개수와 위치에 기반하여 상기 구조물의 손상을 예측하는 단계
    를 포함하고,
    상기 파편들에 의해 손상이 발생되는 구조물의 조건을 설정하는 단계는,
    상기 구조물이 형성하는 평면의 수직벡터 및 중심점 좌표를 통하여 상기 구조물을 평면방정식으로 표현하는 것
    을 특징으로 하는, 구조물 손상 예측 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고속충돌 해석을 수행하는 단계는,
    입자완화 유체동역학(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH) 해석기법을 사용하여 다수의 입자로 모델링된 상기 위협체와 상기 표적 간의 고속충돌 해석을 수행하는 것
    을 특징으로 하는, 구조물 손상 예측 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각 파편을 구성하는 입자들을 판별하는 단계는,
    판별된 상기 각 파편 궤적상의 임의의 좌표와 상기 파편의 속도벡터를 사용하여 파편 궤적을 직선방정식으로 나타내는 것
    을 특징으로 하는, 구조물 손상 예측 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 파편의 상기 구조물의 관통 여부를 판별하기 위하여 상기 구조물의 두께, 밀도 및 음파전달속도가 설정되는 것
    을 특징으로 하는, 구조물 손상 예측 방법.
  6. 위협체가 표적과 충돌 시 발생되어 비산되는 파편들에 대해 고속충돌 해석을 수행하는 단계;
    상기 파편들의 물리량을 획득하기 위해 각 파편을 구성하는 입자들을 판별하는 단계;
    상기 파편들에 의해 손상이 발생되는 구조물의 조건을 설정하는 단계;
    상기 각 파편과 상기 구조물 간의 충돌조건을 연산하는 단계;
    상기 구조물에 발생된 관통구의 개수를 계산하는 단계; 및
    상기 관통구의 개수와 위치에 기반하여 상기 구조물의 손상을 예측하는 단계
    를 포함하고,
    상기 각 파편과 상기 구조물 간의 충돌조건을 연산하는 단계는,
    상기 각 파편의 궤적이 형성하는 직선방정식과 상기 구조물의 평면방정식과의 교점 좌표 및 형성되는 직선과 평면간의 각도를 계산하여 충돌 위치와 충돌 각도를 계산하는 것
    을 특징으로 하는, 구조물 손상 예측 방법.
  7. 위협체가 표적과 충돌 시 발생되어 비산되는 파편들에 대해 고속충돌 해석을 수행하는 단계;
    상기 파편들의 물리량을 획득하기 위해 각 파편을 구성하는 입자들을 판별하는 단계;
    상기 파편들에 의해 손상이 발생되는 구조물의 조건을 설정하는 단계;
    상기 각 파편과 상기 구조물 간의 충돌조건을 연산하는 단계;
    상기 구조물에 발생된 관통구의 개수를 계산하는 단계; 및
    상기 관통구의 개수와 위치에 기반하여 상기 구조물의 손상을 예측하는 단계
    를 포함하고,
    상기 구조물에 발생된 관통구의 개수를 계산하는 단계는,
    관통 깊이 예측식을 사용하여 상기 각 파편과 상기 구조물간의 충돌 시 관통 깊이를 예측하고, 예측된 상기 관통 깊이를 상기 구조물의 두께와 비교하여 관통 여부를 판별하는 것
    을 특징으로 하는, 구조물 손상 예측 방법.
  8. 위협체가 표적과 충돌 시 발생되어 비산되는 파편들에 대해 고속충돌 해석을 수행하는 단계;
    상기 파편들의 물리량을 획득하기 위해 각 파편을 구성하는 입자들을 판별하는 단계;
    상기 파편들에 의해 손상이 발생되는 구조물의 조건을 설정하는 단계;
    상기 각 파편과 상기 구조물 간의 충돌조건을 연산하는 단계;
    상기 구조물에 발생된 관통구의 개수를 계산하는 단계; 및
    상기 관통구의 개수와 위치에 기반하여 상기 구조물의 손상을 예측하는 단계
    를 포함하고,
    상기 구조물의 손상을 예측하는 단계는,
    상기 구조물 상에 발생된 관통구의 총 개수와 상기 각 관통구의 위치를 사용하여 상기 구조물에 발생된 손상을 정량적으로 예측하는 것
    을 특징으로 하는, 구조물 손상 예측 방법.
  9. 위협체가 표적과 충돌 시 발생되어 비산되는 파편들에 대해 고속충돌 해석을 수행하는 고속충돌 해석부;
    상기 파편들의 물리량을 획득하기 위해 각 파편을 구성하는 입자들을 판별하는 파편 판별부;
    상기 파편들에 의해 손상이 발생되는 구조물의 조건을 설정하는 구조물 설정부;
    상기 각 파편과 상기 구조물 간의 충돌조건을 연산하는 충돌조건 연산부;
    상기 구조물에 발생된 관통구의 개수를 계산하는 관통구 개수 계산부; 및
    상기 관통구의 개수와 위치에 기반하여 상기 구조물의 손상을 예측하는 구조물 손상 예측부
    를 포함하고,
    상기 구조물 설정부는,
    상기 구조물이 형성하는 평면의 수직벡터 및 중심점 좌표를 통하여 상기 구조물을 평면방정식으로 표현하는 것
    을 특징으로 하는, 구조물 손상 예측 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고속충돌 해석부는,
    입자완화 유체동역학(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH) 해석기법을 사용하여 다수의 입자로 모델링된 상기 위협체와 상기 표적 간의 고속충돌 해석을 수행하는 것
    을 특징으로 하는, 구조물 손상 예측 시스템.
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