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제안 방법
- 마모의 경우에는 ASD에따라 패턴의 굽힘강성을 달리하여, 마모가 심한 곳에 작은 ASD를 적용하면 굽힘강성은 커지게 되고 마모가 잘 일어나지 않게 된다. ASD의 변화를 적용하여 격자를 생성함으로써, 서로 다른 ASD의 변화에 대한 마모 경향, 배수 상태 등을 유한요소 해석만으로도 분석할 수 있도록 하였다.
- 접촉해석을 수행한다.⑼ 그리고 상세패턴을 고려한 유한요소 격자의 신뢰성과 정도 향상을 평가하기 위해 접지압 및 마찰에너지강도 분포를 기존의 그루브만 반영한 경우와 비교분석 하고자 한다.
- 본체 격자는 패턴을 무시한 트레드 부분과 케이스 부분으로 구성되어 있고, 케이스 부분은 기본적으로 여러 종류의 고무층, 벨트층 및 cord 층으로 구성되어 있다. 각기 다른 물성 부분을 그룹으로 지정하여 물성부여가 용이하도록 하였다. 격자의 개수는 원주방향에 따라 조절 할 수 있는데, 상세패턴 격자가 삽입되는 부분에는 격자밀도를 높여서 모델링 한다.
- 기존의 원주방향의 주 그루브만을 적용한 타이어의 유한요소 격자를 개선하여, 상세패턴과 ASD의 변화가 적용된 3차원 타이어 유한요소 격자를 생성하였다. 트레드 부분에는 세밀한 요소를 적용하고, 타이어 본체 부분에는 성긴 격자를 적용하여 계산시간의 절감 (전체 상세격자의 373.
- 또한 본 연구를 통해 개발한 3차원 타이어 격자생성 프로그램을 이용하여 지면과의 3차원 타이어 접촉해석을 수행한다.⑼ 그리고 상세패턴을 고려한 유한요소 격자의 신뢰성과 정도 향상을 평가하기 위해 접지압 및 마찰에너지강도 분포를 기존의 그루브만 반영한 경우와 비교분석 하고자 한다.
- 상세패턴을 적용한 타이어 모델의 접지압은 Fig. 17과 같이 접지중앙부를 중심으로 30mm 폭의 영역에 mxn개의 샘플링 포인트를 분포시키고, 진행방향으로 이개 샘플링 포인트의 압력 값들의 평균을 계산하였다. Fig.
- 상세패턴이 적용된 유한요소 격자의 정도 향상을 평가하기 위해 원주방향 주 그루브만을 적용한 타이어와 접지부에 부분적으로 상세패턴의 격자를 삽입한 경우에 대하여 지면과 타이어의 접촉해석을 수행하였으며, 접지압(contact pressure) 과 마찰 에너지 강도(frictional energy intensity)의 분포를 상호 비교하였다.
- 상세패턴이 적용된 타이어의 유한요소 격자를 생성하기 위해서 크게 5개로 구성된 전용 프로그램을 개발하였다. 프로그램은 포트란 언어를 이용하였으며, 일반 PC환경에서 충분히 모델링 작업을 할 수 있도록 하였다.
- 먼저, 타이어 상세패턴의 제품도로부터 2차원 1피치의 패턴격자를 생성한다. 생성된 2차원 1피치의 패턴격자를 전용 프로그램을 이용하여 2차원 멀티피치 패턴으로 확장한 후, 전용 프로그램을 이용하여 3차원 멀티피치의 상세 패턴 격자를 생성한다. 한편, 타이어 본체는 2차원 축대칭 형상의 격자를 전용 프로그램을 이용하여 3차원 타이어 본체 격자를 형성한다.
- 하지만, 모델링과 해석에 수반되는 연산 시간(CPU time)을 줄이기 위해 타이어 본체 부분에는 비교적 성긴 격자를 사용할 필요가 있다. 이를 위해 Fig. 2와 같이 트레드 부분과 케이스 부분에 서로 크기가 다른 격자를 생성하고, 두 격자를 합체하는 방식으로 전체 타이어의 격자를 생성한다.
- 절점이 불일치하는 격자와 일치하는 격자에 대해 각각 2차원 모델을 생성하여 불일치하는 격자의 타당성을 검증하였다. 접지압 해석을 수행하여 구한 해석결과를 Fig.
- 개발하였다. 프로그램은 포트란 언어를 이용하였으며, 일반 PC환경에서 충분히 모델링 작업을 할 수 있도록 하였다.
- 57시간으로 연산시간이약 45%로 감소)과 해석정도의 향상을 동시에 꾀하였다. 한편 주 그루브 만을 반영한 격자와 비교한 결과, 본 연구의 상세 트레드 패턴 격자를 고려한 경우가 보다 정확한 접촉해석 결과를 제공하였다. 하지만 상세모델에 대한 검증을 위해 실험결과와의 비교평가가 향후 수행되어야 할 것이다.
대상 데이터
- 7(b)는 ASD의、변화를 고려하지 않은 것이다. 본 연구에서 대상으로 하는 타이어에는 4개의 ASD깊이가 적용되었고, 이를 Fig. 8에 나타내었다.
- 본 연구에서는 상세 트레드 패턴을 고려한 3차원 타이어 유한요소 격자를 생성하였다. 트레드 부분과 타이어 본체 부분을 분리하여 격자를 각각 생성하고, 두 격자를 다시 결합하여 하나의 타이어 FEM 격자를 완성시킨다.
- 12와 같은 3차원 본체 격자를 생성하게 된다. 본체 격자는 패턴을 무시한 트레드 부분과 케이스 부분으로 구성되어 있고, 케이스 부분은 기본적으로 여러 종류의 고무층, 벨트층 및 cord 층으로 구성되어 있다. 각기 다른 물성 부분을 그룹으로 지정하여 물성부여가 용이하도록 하였다.
- 해석에 사용된 모델은 단면폭이 206이고 림(rim)경이 381mm인 타이어 (P206/60R15)를 사용 하였다. 유한요소 해석은 정해석으로 3단계에 걸쳐 수행하고, 상용프로그램인 ABAQUS를 이용하였다.
- 전자의 모델의 요소의 개수는 6, 942개로 절점은 34, 252개이다. 후자의 모델을 구성하는 요소의 개수는 26, 250개이고, 절점은 58, 626개이다.
데이터처리
- 해석에 사용된 모델은 단면폭이 206이고 림(rim)경이 381mm인 타이어 (P206/60R15)를 사용 하였다. 유한요소 해석은 정해석으로 3단계에 걸쳐 수행하고, 상용프로그램인 ABAQUS를 이용하였다. Fig.
이론/모형
- 20과 같이 3-D 패턴 격자부의 전 영역에 샘플링 포인트를 분포시킨다. 마찰 에너지 강도를 구할때 요구되는 웅력값과 변위값은 샘플링 포인트 근방에 위치한 절점들의 응력값과 변위값에 대해 내삽법으로 구한 값을 사용하였다.
- 한편, 전술한비적합 합체 방식에 따라 본체 격자와 상세 트레드 패턴 격자가 접하는 모든 접촉면에 압력 및비슬립 구속조건을 부여한다. 이 구속조건 부여는 ABAQUS 상용프로그램을 이용한 타이어 해석 시 프로그램 내 접촉실행 기능에 의해서 수행된다.
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