In thermoset composite manufacturing using the autoclave process, residual stresses are generated due to high temperature and pressure conditions, potentially causing thermal deformation and degrading the mechanical performance and dimensional stability of the final product. The cooling stage is particularly critical, as it induces the highest residual stresses, directly affecting the quality and stability of the composite. This study aims to predict residual stress distribution under varying cooling rates by implementing a coupled temperature–displacement analysis using the commercial finite element software ABAQUS and USER SUBROUTINE. A thermo-viscoelastic model was developed considering resin viscoelasticity and heat of reaction. Model reliability was validated through comparison with previous research, and residual stresses were analyzed under six cooling rate conditions.

오토클레이브를 사용하는 열경화성 복합재 성형 공정은 고온과 고압 조건에서 진행되기 때문에 성형 과정 중 다양한 요인에 의해 잔류응력이 발생하며, 이는 열변형을 유발하여 복합재 구조물의 기계적 성능과 치수 안정성을 저하시킬 수 있다. 특히, 오토클레이브 공정의 냉각 과정은 잔류응력이 가장 크게 발생하는 구간으로, 제품의 최종 품질과 안정성에 직접적인 영향을 미치기 때문에 해당 구간에서의 잔류응력 예측이 중요하다. 본 연구에서는 냉각 속도가 잔류응력 분포에 미치는 영향을 분석하기 위해 상용 유한 요소 해석 프로그램인 ABAQUS와 ABAQUS USER SUBROUTINE 기능을 활용하여 복합재 수지의 점탄성 거동과 화학 반응열을 반영한 열-구조 연계 해석 모델을 구현하였다. 구현된 해석 모델의 신뢰성은 선행 연구 결과와의 비교를 통해 검증하였으며, 이를 바탕으로 총 6가지 냉각 속도 조건에 대해 잔류응력을 예측하고 그 경향을 분석하였다.

Keywords: 열경화성 복합재(Thermoset Composite), 오토클레이브 공정(Autoclave Process), 냉각 속도(Cooling Rate), 잔류 응력(Residual Stress), 점탄성 모델(Viscoelastic Model)