현재 미래의 가장 큰 이슈는 “경량화” 로서 산업 전반에 걸쳐 이에 대한 연구가 활발히 진행되어지고 있다. 이중 각종 현가장치에서 가장 중요한 요소로 사용되는 압축 코일스프링의 경우 대부분 금속재질을 사용하고 있으나 금속재질의 특성상 부식에 취약하며 치핑(Chipping)이 발생하는 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서, 본 논문에서는 압축 코일스프링의 재질에 탄소복합재료CFRP(Carbon Fiber Reinforce Plastic)를 적용함으로서 기존 금속재질에 대한 문제를 해결 하고자 하였다. 또한 압축 코일스프링의 ...
현재 미래의 가장 큰 이슈는 “경량화” 로서 산업 전반에 걸쳐 이에 대한 연구가 활발히 진행되어지고 있다. 이중 각종 현가장치에서 가장 중요한 요소로 사용되는 압축 코일스프링의 경우 대부분 금속재질을 사용하고 있으나 금속재질의 특성상 부식에 취약하며 치핑(Chipping)이 발생하는 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서, 본 논문에서는 압축 코일스프링의 재질에 탄소복합재료CFRP(Carbon Fiber Reinforce Plastic)를 적용함으로서 기존 금속재질에 대한 문제를 해결 하고자 하였다. 또한 압축 코일스프링의 3D 모델링 및 ANSYS를 이용한 유한요소 해석을 통해 스프링상수 도출 및 이론값과의 비교를 통해 해석의 신뢰성을 확보하고 기존 금속 재질 코일스프링을 대체하기에 적합한지에 대해 확인하였다. 기존 금속 재질의 대표로 선정한 Structural Steel의 스프링상수 값은 해석 값과 이론값이 7.3N/mm 와 7.0N/mm로 확인되었고 이는 일방향 탄소섬유(0°)의 최대값인 1.09N/mm 와 1.25N/mm에 비해 현저히 높음으로 일방향 탄소섬유로 기존 금속재질의 스프링의 성능을 구현 해 내기에는 어려움이 있다는 것을 확인 하였다. 따라서 일방향 탄소섬유의 90도방향 하중에 대한 취약함을 대체하기 위하여 직조탄소섬유(0/90°)의 물성을 대입하여 추가적으로 해석을 진행하였고 여러 가지 설계인자들을 변경 해 가며 얻어낸 직조탄소섬유(0/90°)의 최대값은 6.47N/mm 와 7.21N/mm로 기존 금속재질인 Structural Steel의 상수 값에 대비하여 이론값 103%, 해석 결과 값 88.6%를 도출 해 내었다. 또한 해석 값과 이론값의 오차율을 계산하여 전체 데이터들의 정확성에 대한 검토를 진행 하였고 오차율은 평균 2.4%로 비교적 만족스러운 신뢰성을 확보할 수 있었다. 따라서 탄소섬유는 기존 금속재질의 단점을 극복하면서 탄소소재 자체의 장점을 유지할 수 있는 코일 스프링으로서의 적용 가능성을 확인하였으며 향 후 개발에 따라 상용화 가능성에 대한 충분한 근거를 수립하였다.
현재 미래의 가장 큰 이슈는 “경량화” 로서 산업 전반에 걸쳐 이에 대한 연구가 활발히 진행되어지고 있다. 이중 각종 현가장치에서 가장 중요한 요소로 사용되는 압축 코일스프링의 경우 대부분 금속재질을 사용하고 있으나 금속재질의 특성상 부식에 취약하며 치핑(Chipping)이 발생하는 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서, 본 논문에서는 압축 코일스프링의 재질에 탄소복합재료CFRP(Carbon Fiber Reinforce Plastic)를 적용함으로서 기존 금속재질에 대한 문제를 해결 하고자 하였다. 또한 압축 코일스프링의 3D 모델링 및 ANSYS를 이용한 유한요소 해석을 통해 스프링상수 도출 및 이론값과의 비교를 통해 해석의 신뢰성을 확보하고 기존 금속 재질 코일스프링을 대체하기에 적합한지에 대해 확인하였다. 기존 금속 재질의 대표로 선정한 Structural Steel의 스프링상수 값은 해석 값과 이론값이 7.3N/mm 와 7.0N/mm로 확인되었고 이는 일방향 탄소섬유(0°)의 최대값인 1.09N/mm 와 1.25N/mm에 비해 현저히 높음으로 일방향 탄소섬유로 기존 금속재질의 스프링의 성능을 구현 해 내기에는 어려움이 있다는 것을 확인 하였다. 따라서 일방향 탄소섬유의 90도방향 하중에 대한 취약함을 대체하기 위하여 직조탄소섬유(0/90°)의 물성을 대입하여 추가적으로 해석을 진행하였고 여러 가지 설계인자들을 변경 해 가며 얻어낸 직조탄소섬유(0/90°)의 최대값은 6.47N/mm 와 7.21N/mm로 기존 금속재질인 Structural Steel의 상수 값에 대비하여 이론값 103%, 해석 결과 값 88.6%를 도출 해 내었다. 또한 해석 값과 이론값의 오차율을 계산하여 전체 데이터들의 정확성에 대한 검토를 진행 하였고 오차율은 평균 2.4%로 비교적 만족스러운 신뢰성을 확보할 수 있었다. 따라서 탄소섬유는 기존 금속재질의 단점을 극복하면서 탄소소재 자체의 장점을 유지할 수 있는 코일 스프링으로서의 적용 가능성을 확인하였으며 향 후 개발에 따라 상용화 가능성에 대한 충분한 근거를 수립하였다.
Currently, the biggest issue in the future is "lightweight", and research is being actively conducted throughout the industry. In the case of compression coil springs used as the most important elements in various suspension devices, most of them use metal materials, but they are susceptible to corr...
Currently, the biggest issue in the future is "lightweight", and research is being actively conducted throughout the industry. In the case of compression coil springs used as the most important elements in various suspension devices, most of them use metal materials, but they are susceptible to corrosion due to the nature of the metal material and have a problem of chipping. Therefore, in this paper, we tried to solve the problem of existing metal materials by applying carbon composite material (CFRP) to the material of compression coil spring. In addition, the 3D modeling of the compression coil spring and the finite element analysis using ANSYS are used to obtain the spring constant and to compare with the theoretical value to confirm the reliability of the analysis and confirm whether it is suitable to replace the coil spring of the existing metal material. The spring constant value of the structural steel selected as representative of the existing metal material is the analytical value and the theoretical value It is confirmed that the strength of spring of conventional metallic material is uni-directional carbon fiber, which is 7.3N/mm and 7.0N/mm, which is significantly higher than 1.09N/mm and 1.25N/mm, which are maximum values of unidirectional carbon fiber(0°) We have found that it is difficult to implement. Therefore, in order to substitute the weakness of unidirectional carbon fiber with 90degree directional load, the property of woven carbon fiber(0/90°) The maximum values of the woven carbon fibers(0/90°) obtained by varying various design parameters were 6.47N/mm and 7.21N/mm in comparison with the constant values of the conventional metallic material, Structural Steel. Theoretical value 103%, and the analysis result value 88.6%. In addition, the error rate of the analytical value and theoretical value was calculated and the accuracy of the whole data was examined. The average error rate was 2.4%, which was relatively satisfactory. Therefore, it is considered that carbon fiber is a suitable substitute for coil spring that can overcome the disadvantages of existing metal materials and maintain the advantages of carbon material itself. It is thought that there is enough possibility to be developed and commercialized.
Currently, the biggest issue in the future is "lightweight", and research is being actively conducted throughout the industry. In the case of compression coil springs used as the most important elements in various suspension devices, most of them use metal materials, but they are susceptible to corrosion due to the nature of the metal material and have a problem of chipping. Therefore, in this paper, we tried to solve the problem of existing metal materials by applying carbon composite material (CFRP) to the material of compression coil spring. In addition, the 3D modeling of the compression coil spring and the finite element analysis using ANSYS are used to obtain the spring constant and to compare with the theoretical value to confirm the reliability of the analysis and confirm whether it is suitable to replace the coil spring of the existing metal material. The spring constant value of the structural steel selected as representative of the existing metal material is the analytical value and the theoretical value It is confirmed that the strength of spring of conventional metallic material is uni-directional carbon fiber, which is 7.3N/mm and 7.0N/mm, which is significantly higher than 1.09N/mm and 1.25N/mm, which are maximum values of unidirectional carbon fiber(0°) We have found that it is difficult to implement. Therefore, in order to substitute the weakness of unidirectional carbon fiber with 90degree directional load, the property of woven carbon fiber(0/90°) The maximum values of the woven carbon fibers(0/90°) obtained by varying various design parameters were 6.47N/mm and 7.21N/mm in comparison with the constant values of the conventional metallic material, Structural Steel. Theoretical value 103%, and the analysis result value 88.6%. In addition, the error rate of the analytical value and theoretical value was calculated and the accuracy of the whole data was examined. The average error rate was 2.4%, which was relatively satisfactory. Therefore, it is considered that carbon fiber is a suitable substitute for coil spring that can overcome the disadvantages of existing metal materials and maintain the advantages of carbon material itself. It is thought that there is enough possibility to be developed and commercialized.
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