자동차공학과 김흥규 교수는 11월 출판되는 ‘고체 역학 및 물리 저널’에 “계면 에너지가 반영된 짝힘 결정소성학과 결정립 분할의 유한요소 시뮬레이션(An interfacial energy incorporated couple stress crystal plasticity and the finite element simulation of grain subdivision)’이라는 제목의 논문을 게재하였다. (Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Volume 60, Issue 11, 1815-1841)

‘고체 역학 및 물리 저널(JMPS)’은 고체역학 분야에서 최고 권위를 갖는 전통의 저널로서, 한국 연구자가 포함된 논문이 출판된 것은
지난 39년 동안 총 26편에 불과하다. 특히 이번 김흥규 교수의 논문처럼 순수 한국인 저자로 구성된 논문이 게재된 사례는 총 9편 밖에 되지
않는다. 김흥규교수는 이번 논문에 주저자 및 교신저자로 참여하여 연구를 주도하였다.

이번 논문에서는 결정립 계면 에너지를 반영한 유한요소법 변분원리를 유도하였고 유한요소해석 응용가능성을 보였다. 최근 재료역학 분야 유한요소해석 연구자들의 가장 큰 관심사는 재료 미시(micro) 거동을 어디까지 예측할 수 있느냐인데, 이번 연구는 결정립 계면 에너지가 반영된 유한요소해석 기술을 사용하면 결정립 분할 예측이 가능함을 세계에서 처음으로 보여준 결과라 할 수 있다.

유한요소해석 기술은 복잡한 비선형 문제를 풀 수 있는 효과적인 방법으로서, 자동차 충돌해석, 부품 성형해석, 구조해석 등에 널리 적용되고 있는 공학적 툴이다. 최근 미시적 재료 특성을 고려할 수 있는 멀티스케일(multiscale) 해석 기술이 중요해지고 있는데, 공학적 실용성을 감안하면 유한요소해석 기술의 틀 안에서 멀티스케일 예측이 가능해져야 한다. 최근 미시 거동의 유한요소 예측이 어느 정도 가능해지고 있으나 아직까지 이론적 체계가 확립되지 않은 상황이고, 특히 결정립 변형 및 분할의 과정(process)을 유한요소해석으로 예측하는 것은 세계적으로도 의미 있는 연구 결과가 없는 상황이다. 김흥규 교수는 이번 연구 결과를 더욱 발전시킬 경우 기존 상용 소프트웨어의 한계를 넘는 멀티스케일 성형해석 프로그램 개발이 가능할 것으로 기대하고 있다.