This paper predicts the spring-in angle occurring during the thermoforming process of CFRTP based on finite element analysis (FEA), and quantitatively evaluated the effects of key process parameters such as initial mold temperature and holding time through statistical analysis. Sequential thermoforming simulations consisting of forming, holding, and demolding, were performed in the commercial FEA software, ABAQUS, with user-defined material subroutine (UMAT), and the statistical significance of each parameter was verified through two-way analysis of variance (two-way ANOVA) and post hoc tests using R Studio. The spring-in angle increased as the initial mold temperature increased and the holding time decreased, and only the initial mold temperature was found to have a statistically significant effect. This study can be utilized to optimize process conditions through simulation by accurately predicting the process-induced deformation of CFRTP and quantitatively analyzing key process parameters.

본 연구에서는 유한요소해석을 기반으로 CFRTP의 열성형 공정 중 발생하는 스프링인 각도를 예측하였고, 통계 분석을 통해 주요 공정 변수인 금형 초기 온도와 유지(holding) 시간이 이에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다. 상용 유한요소해석 소프트웨어인 ABAQUS와 사용자 재료 정의 부 프로그램(UMAT)을 활용하여 성형, 유지, 탈형으로 구성된 열성형 공정의 단계별 연계 해석을 수행하였으며, R studio 기반의 이원분산분석과 사후검정을 통해 각 변수의 통계적 유의성을 검증하였다. 그 결과, 금형 초기 온도가 높고 유지 시간이 짧을수록 스프링인 각도가 증가하였으며, 금형 초기 온도만이 통계적으로 유의한 영향을 미치는 변수로 나타났다. 본 연구는 CFRTP의 공정유도 변형을 정밀하게 예측하고, 주요 공정 변수를 정량적으로 분석함으로써 해석 기반 공정 조건 최적화에 활용될 수 있다.

Keywords: 탄소섬유 강화 열가소성 플라스틱(Carbon fiber reinforced thermoplastic, CFRTP), 열성형 공정(Thermoforming process), 유한요소해석(Finite element analysis, FEA), 공정유도 변형(Process-induced deformation), 이원분산분석(Two-way analysis of variance, two-way ANOVA)