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트레드 패턴을 고려한 타이어의 스탠딩 웨이브 현상에 대한 유한 요소 해석
Finite Element Analysis on Standing Wave Phenomenon of a Tire Considering Tread Pattern 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.14 no.2, 2006년, pp.76 - 83  

김기운 (금호타이어(주) 기술연구소) ,  정현성 (금호타이어(주) 기술연구소)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Each tire has a critical speed at which a standing wave phenomenon occurs along the circumferential direction. If the standing waves are formed, the tire temperature is rapidly increased and it leads to tire failure eventually. As the formation of the standing waves is closely related to the tire st...

주제어

#스탠딩 웨이브   #패턴 타이어   #트레드 블록   #외연적 동적 해석   #유한 요소 해석  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 그러나 이것은 타이어를 단순한 환형의 박막 구조물로 가정하여 이론적으로 접근한 것이므로 실제 타이어에 적용하기에는 한계성이 있다. 따라서 외연적 유한 요소 해석 프로그램인 ABAQUS/ Explicit를 이용하여 타이어의 복잡한 구조적 특징을 반영한 타이어의 스탠딩 웨이브 현상을 예측하고자 한다.
  • 그러나 이러한 스탠딩 웨이브 해석에서는 트레드 패턴의 영향을 고려하지 못하였다는 한계가 존재하였다. 따라서 외연적 유한 요소법을 이용하여 스탠딩 웨이브 현상을 예측하는 방법을 제시하고, 트레드 패턴이 스탠딩 웨이브가 발생하는 임계 속도에 미치는 영향을 분석하고자 한다.

가설 설정

  • 3과 같이 환 형의 박막(membrane)으로 가정하여 이론적으로 접근한다. 원주 방향으로 파동의 전파를 정현파의 조화 함수로 가정하여 다음과 같이 전파 속도를 계산한다.3)
  • 타이어에서 파동의 전파 특성은 Fig. 3과 같이 환 형의 박막(membrane)으로 가정하여 이론적으로 접근한다. 원주 방향으로 파동의 전파를 정현파의 조화 함수로 가정하여 다음과 같이 전파 속도를 계산한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
타이어란 무엇인가? 타이어는 차량이 지면과 접촉하는 유일한 부품으로서, 하중을 지지하고 차량에 전달되는 각종 힘을 지탱해야 한다. 이를 위해 타이어는 여러 가지의 고무층과 고무로 피복된 코드 복합체가 결합되어 제조된다.
본 논문에서는 외연적 유한 요소법을 이용하여 패턴 타이어가 고속 회전시에 발생하는 스탠딩 웨이브 현상을 해석하는 방법을 제시하였다, 이에 대한 시험결과는? 패턴 타이어 모델의 스탠딩 웨이브 발생 속도는 스무드 타이어 모델보다 약 15～20 km/h 정도 낮게 나타났고 시험 결과에 더 유사한 경향을 보임을 알 수 있었다. 패턴 타이어 모델을 이용한 스탠딩 웨이브 해석을 통해, 공기압력이 증가함에 따라 임계속도는 2차 함수로 증가하고, 수직 하중이 증가함에 따라 2차함수로 감소함을 확인하였다. 또한 타이어가 고속으로 회전하여 스탠딩 웨이브가 발생하면 타이어에 작용하는 전체에너지가 급격히 증가함에 따라, 이러한 에너지 증가는 타이어의 파손 사고로 연결될 것으로 예상된다.
스탠딩 웨이브 현상이란 무엇인가? 수직 하중에 의해 변형된 부위는 타이어가 저속으로 회전하면 지면에서 벗어나자 마자 원상태로 회복하게 된다. 그러나 타이어가 임계 속도 이상으로 회전하면 수직하중에 의한 타이어 변형이 회복하지 못하고 주행 방향의 후방에 정지되어 보이는 파형이 형성되는데, 이런 현상을 스탠딩 웨이브라고 칭한다. 스탠딩 웨이브 현상이 발생하게 되면 타이어의 변형 에너지, 마찰에너지, 운동에너지 등이 급격히증가하게 되고, 이는 열에너지로 전환되어 타이어 내부의 온도가 급격히 증가하게 되어, 최종적으로 타이어 파괴 사고에 이르게 된다.
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참고문헌 (9)

  1. A. Kamoulakos and B. G. Kao, 'Transient Dynamics of a Tire Rolling over Small Obstacles - A Finite Element Approach with PAM-SHOCK,' Tire Science and Technology, TSTCA, Vol.26, No.2, 1998 

  2. J. R. Cho, K. W. Kim, D. H. Jeon and W. S. Yoo, 'Transient Dynamic Response Analysis of 3-D Patterned Tire Rolling over Cleat,' European J. of Mechanics A/Solids 24, 2005 

  3. R. A. Brockman, W. R. Braisted, 'Critical Speed Estimation for Aircraft Tires,' Tire Science and Technology, TSTCA, Vol.22, No.2, 1994 

  4. M. El-Gindy and S. Chae, 'Prediction of Standing Wave and Steering Characteristics of a Small Race Tire,' Int. Tire Exhibition and Conf. (ITEC), 2002 

  5. D. Zheng, 'Viscoelastic Rolling for Tire Standing Wave Simulation,' 6th World Congress on Computational Mechanics (WCCM VI), 2004 

  6. A. Chatterjee, J. P. Cusumano and J. D. Zolock, 'On Contact-induced Standing Waves in Rotating Tires : Experiment and Theory,' J. of Sound and Vibration, Vol.227, No.5, 1999 

  7. J. R. Cho, K. W. Kim, W. S. Yoo and S. I. Hong, 'Mesh Generation Considering Detailed Tread Blocks for Reliable 3D Tire Analysis,' Advances in Engineering Software, Vol.35, 2004 

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  8. K. W. Kim, H. S. Jeong, J. R. Cho, and Y. S. Yang, 'Finite Element Analysis on Residual Aligning Torque and Frictional Energy of a Tire with Detailed Tread Blocks,' Transactions of KSAE, Vol.12, No.4, 2004 

  9. ABAQUS Analysis User's Manual, Version 6.4, ABAQUS Inc. 

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