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문제 정의
- 현재 이러한 Dust cover는 아직 시행착오법과 같은 경험에 의존한 설계를 하고 있으며 각 자동차의 모델에 따라 다른 형상으로 적용되고 있다. 그러므로 본 연구는 이러한 Dust cover설계의 스펙화(Specification)를 최종 목표로 두고, 먼저 Dust cover에 대한 Data base 구축을 이번 연구를 통해 수행하려 한다. 즉 밀폐된 내부와 거동에 의한 변형에서의 변화형상과 자체접촉이 일어나는 형태를 분석하기 위함이다.
제안 방법
- Dust cover와 소켓의 조립에 의한 압축해석은 2차원으로 해석하고, 얻어진 2차원 해석 결과를 Ball stud의 회전을 위해 3차원으로 모델링된 것의 Initial condition으로 입력하여, 전체 해석 시간을 단축하였다. 해석에 사용된 Element type은 Dust cover의 비압축성, 비선형 재료거동을 해석하기 위하여 Reduced & Herrmann Formulation Element를 사용하였다.
- Dust cover와 소켓의 조립에 의한 압축해석은 2차원으로 해석하고, 얻어진 2차원 해석 결과를 Ball stud의 회전을 위해 3차원으로 모델링된 것의 Initial condition으로 입력하여, 전체 해석 시간을 단축하였다. 해석에 사용된 Element type은 Dust cover의 비압축성, 비선형 재료거동을 해석하기 위하여 Reduced & Herrmann Formulation Element를 사용하였다.
- Dust cover의 해석을 위에서 언급한 것과 같이 조립에 의한 단순 압축은 2차원 축대칭 모델만으로 충분한 해석이 가능하므로 먼저 2차원으로 모델링하였다. 해석에 표현된 Part는 먼저 고무재료인 Cover와 그 속에 삽입된 Steel ring을 모델링하여 Mesh를 나누고, Ball stud와 Socket부분 그리고 커버를 압축하는 부분을 각각 강체로 모델링 하였다.
- 본 연구에서 실제 재료 실험결과를 바탕으로 근접 모델을 설정하여 이론적인 접근을 시도하였다. 사용된 고무재료는 Ogden모델에 의해 구해진 결과가 시편의 인장시험 결과를 가장 잘 표현하였다.
- Dust cover의 해석을 위에서 언급한 것과 같이 조립에 의한 단순 압축은 2차원 축대칭 모델만으로 충분한 해석이 가능하므로 먼저 2차원으로 모델링하였다. 해석에 표현된 Part는 먼저 고무재료인 Cover와 그 속에 삽입된 Steel ring을 모델링하여 Mesh를 나누고, Ball stud와 Socket부분 그리고 커버를 압축하는 부분을 각각 강체로 모델링 하였다. 3차원 모델은 2차원 모델을 축의 궤적을 따라 12도씩 15회 반복 확장시켜 실제 모델의 1/2인 3차원 유한요소 모델을 완성시켰다.
- Dust cover의 해석을 위에서 언급한 것과 같이 조립에 의한 단순 압축은 2차원 축대칭 모델만으로 충분한 해석이 가능하므로 먼저 2차원으로 모델링하였다. 해석에 표현된 Part는 먼저 고무재료인 Cover와 그 속에 삽입된 Steel ring을 모델링하여 Mesh를 나누고, Ball stud와 Socket부분 그리고 커버를 압축하는 부분을 각각 강체로 모델링 하였다. 3차원 모델은 2차원 모델을 축의 궤적을 따라 12도씩 15회 반복 확장시켜 실제 모델의 1/2인 3차원 유한요소 모델을 완성시켰다.
- 해석에 필요한 재료의 물성을 얻기 위하여, 실제 제품과 같은 성형조건으로 제작한 3호형 시편 10개를 단축(Uniaxial) 인장시험 하였다. 제작된 시편의 재료 또한 실제 제품에 적용 되는 것이다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 Ball joint의 Dust cover는 C사에서 생산하여 실차에 적용되고 있는 제품이며, 그 모델은 위의 Fig. 4과 같다. Dust cover에는 고무의 형상을 유지하고, 그리스의 유출을 막기 위한 Steel 재질의 Ring이 상단 부에 삽입되어 있는 상태이다.
- 본 연구에 사용된 Ball joint의 Dust cover는 C사에서 생산하여 실차에 적용되고 있는 제품이며, 그 모델은 위의 Fig. 4과 같다. Dust cover에는 고무의 형상을 유지하고, 그리스의 유출을 막기 위한 Steel 재질의 Ring이 상단 부에 삽입되어 있는 상태이다.
- 고무재료의 수급 특성상 적용 제품에 따라 물성이 조금씩 바뀌기 때문에 소재별 인장시험을 거쳐야 한다. 인장시험에 사용된 시험장치는 Instron사의 Instron444모델 인장시험기이다. 아래의 Fig.
- 고무재료의 수급 특성상 적용 제품에 따라 물성이 조금씩 바뀌기 때문에 소재별 인장시험을 거쳐야 한다. 인장시험에 사용된 시험장치는 Instron사의 Instron444모델 인장시험기이다. 아래의 Fig.
- 인장시험으로 얻은 10개의 데이터는 오차가 큰 시편 2개를 제외하고 산술평균하였다. 그 결과 최대 신장율은 365%이고, 그때의 최대인장하중은 7.
이론/모형
- 사용된 고무재료는 Ogden모델에 의해 구해진 결과가 시편의 인장시험 결과를 가장 잘 표현하였다. 따라서 본 해석은 Ogden 모델을 사용하였으며, Ogden 모델의 변형률 에너지 함수는 다음과 같이 표현된다.
- 적용재료와 제품이 성형되는 조건과 같이 제작되어진 시편의 인장시험을 통하여 확보된 물성을 입력값으로 사용되었으며, 유한요소해석은 비선형 해석기능이 우수한 범용 구조해석 프로그램인 MARC를 사용하였다.
- 적용재료와 제품이 성형되는 조건과 같이 제작되어진 시편의 인장시험을 통하여 확보된 물성을 입력값으로 사용되었으며, 유한요소해석은 비선형 해석기능이 우수한 범용 구조해석 프로그램인 MARC를 사용하였다.
- 해석에 사용된 Element typee Dust cover의 비압죽성, 비선형 재료거동을 해석하기 위하여 Reduced & Herrmann Formulation Element# 사용하였다.
- Dust cover와 소켓의 조립에 의한 압축해석은 2차원으로 해석하고, 얻어진 2차원 해석 결과를 Ball stud의 회전을 위해 3차원으로 모델링된 것의 Initial condition으로 입력하여, 전체 해석 시간을 단축하였다. 해석에 사용된 Element type은 Dust cover의 비압축성, 비선형 재료거동을 해석하기 위하여 Reduced & Herrmann Formulation Element를 사용하였다. 연구에 사용된 상용 프로그램인 MSC.
성능/효과
- 1. 고무 물성에 관한 입력값은 Ogden model에 의해 구해진 값이 실제 모델의 거동을 가장 잘 표현하였다.
- 1. 고무 물성에 관한 입력값은 Ogden model에 의해 구해진 값이 실제 모델의 거동을 가장 잘 표현하였다.
- 2. 조립에 의한 압축으로 생긴 고무의 인장부위에는 최대 0.21 kg/mm2의 응력이 항상 존재한다. 이 응력집중 부위는 Ball stud의 회전에 따른 요동이 생기면 응력이 이완됨을 확인할 수 있었다.
- 3. 자체접촉은 요동각이 16도에서 발생함을 확인 할 수 있었다.
- 3. 자체접촉은 요동각이 16도에서 발생함을 확인 할 수 있었다.
- 4. 최대 23도로 요동각을 주었을 때의 최대응력은 0.278 kg/mm2였고 그때의 Strain 값은 0.518로 나타났다.
- 4. 최대 23도로 요동각을 주었을 때의 최대응력은 0.278 kg/mm2였고 그때의 Strain 값은 0.518로 나타났다.
- 본 연구에서 실제 재료 실험결과를 바탕으로 근접 모델을 설정하여 이론적인 접근을 시도하였다. 사용된 고무재료는 Ogden모델에 의해 구해진 결과가 시편의 인장시험 결과를 가장 잘 표현하였다. 따라서 본 해석은 Ogden 모델을 사용하였으며, Ogden 모델의 변형률 에너지 함수는 다음과 같이 표현된다.
- 21 kg/mm2의 응력이 항상 존재한다. 이 응력집중 부위는 Ball stud의 회전에 따른 요동이 생기면 응력이 이완됨을 확인할 수 있었다.
- 21 kg/mm2의 응력이 항상 존재한다. 이 응력집중 부위는 Ball stud의 회전에 따른 요동이 생기면 응력이 이완됨을 확인할 수 있었다.
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