고무 해석에 꼭 필요한 Hyperelastic 재료 모델

고무 해석에 쓰이는 Hyperelastic 모델, 어렵지 않아요 😊

안녕하세요! 오늘은 고무, 오링, 폼 재질 해석에 꼭 필요한
Hyperelastic(초탄성) 재료 모델에 대해 쉽게 설명드릴게요.


🧽 Hyperelastic이란?
Hyperelastic(초탄성)은
고무, 오링, 폼, 실리콘처럼
매우 크게 늘어나도 복원력을 유지하는 재료를
정확히 표현하기 위한 비선형 재료 모델이에요.

단순한 선형 탄성으로는 표현이 어려운 재료에 사용돼요

변형률 100% 이상, 즉 두 배로 늘어나도 돌아오는 재료들이 해당돼요


🧠 푸아송비로 보는 재료 특성 비교
고무나 코르크처럼,
늘이거나 누를 때 어떻게 변형되는지를 나타내는 지표가 바로 푸아송비(ν)입니다.
푸아송비: 재료에 축 방향 변형이 가해졌을 때, 그에 수직한 방향으로 발생하는 비례 변형률의 음의 비율
(마이너스는 보통 인장 시 가로가 줄어들기 때문에 부호 보정을 위한 것) 

고무는 푸아송비가 약 0.5에 가까운 재료예요.
이 말은 고무를 세로로 당기면 가로로는 많이 줄어들어서, 전체 부피는 거의 변하지 않는다는 뜻이에요.
이런 성질을 비압축성이라고 부르며, 고무는 이런 특징을 강하게 갖고 있어요.

반대로 코르크는 푸아송비가 거의 0 또는 음수에 가까워요.
즉, 눌러도 옆으로 퍼지지 않고 모양이 잘 유지되거나 오히려 늘어나요. 


🔍 대표 Hyperelastic 모델 종류
다양한 모델이 있는데, 어떤 상황에 어떤 걸 쓰는지 간단히 볼게요.

기본적이고 간단한 모델로는 Neo-Hookean이 있고,
좀 더 복잡하고 실제 고무의 거동에 가까운 모델로는 Mooney-Rivlin, Ogden, Yeoh 등이 있어요.
재료에 따라 적절한 모델을 선택해서 사용하는 것이 중요해요.

예를 들어,
Neo-Hookean은 단순한 고무에 적합하고,
Mooney-Rivlin은 일반적인 고무나 씰에 널리 사용돼요.
큰 변형이 필요한 경우에는 Ogden 모델이 더 잘 맞아요.
TPE 같은 고탄성 재료에는 Arruda-Boyce 모델을,
복잡한 곡선 형태가 필요한 경우엔 Polynomial 모델을 사용하기도 해요.


🧪 시험 데이터로 모델 파라미터 추정
Hyperelastic 모델은
단순 물성치(E, ν)로는 표현할 수 없어요.
그래서 보통 시험 데이터를 이용해 곡선을 맞추는(fitting) 과정을 거칩니다.
주로 사용하는 시험: 압축 시험 (Compression)
사용하는 소프트웨어: Abaqus, Ansys 등
프로그램 내의 Curve Fitting Tool로 계수를 추정해요


✅ 마무리 요약
고무처럼 많이 늘어나는 재료는 Hyperelastic 모델로 해석해야 한다
푸아송비가 0.5인 고무는 부피가 변하지 않는 특성이 있다
코르크는 눌러도 옆으로 퍼지지 않는 특성 (ν ≈ 0 또는 음수)을 가진다
재료 특성에 따라 모델 종류를 고르고, 시험 데이터로 파라미터를 추정한다