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제안 방법
- 설계 모델을 완성하였다. 그리고 하중 조건에 따른 수직지지하중, 수직방향 정강성 특성을 예측하였으며, 실제 시제품을 제작하여 특성시험을 수행하고 해석 결과와 비교하여 최종적으로 설계 사양에 맞는 에어스프링의 설계 모델을 결정하였다.
- 초기 6 % 이내의 변형률에서는 고분자 사슬들의 재배열되는 영역으로 비교적 응력이 작게 나타난다. 따라서 정확한 탄성계수를 얻기 위해서 변형률 6 % 이상의 영역에서 기울기를 측정하여 계산한다. 탄성계수는 E=4.
- 또한 에어 벨로우즈 고무소재에 대한 단축 인장, 이축 인장시험을 수행하여 유한요소해석에 필요한 비선형 재료상수인 Moony-Rivlin 상수를 결정하였다. 변형률 범위 50%의 Moony-Rivlin 상수값은 *=0.
- 본 논문에서는 비선형 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS㈤를 이용하여 에어스프링을 모델링하고 해석을 수행하여 주요설계변수의 영향을 살펴보고 설계 모델을 완성하였다. 그리고 하중 조건에 따른 수직지지하중, 수직방향 정강성 특성을 예측하였으며, 실제 시제품을 제작하여 특성시험을 수행하고 해석 결과와 비교하여 최종적으로 설계 사양에 맞는 에어스프링의 설계 모델을 결정하였다.
- 본 논문에서는 승용차용 에어스프링의 유한요소해석을 수행하고, 주요설계변수의 영향을 살펴보고 설계를 수행하였으며, 시제품을 제작하여 해석 결과와 시험 결과를 비교하였다.
- 이와 같은 결과는 유한요소해석에서 공기의 압축성 특성을 고려하지 못하므로 실제 공기의 압축 또는 팽창에 따른 열역학적 효과가 고려되지 못한 결과로 판단된다. 본 승용차용 에어스프링의 허용 행정은 ±20 mm 이므로 이 범위에서 지지강성을 계산하였다.
- 수직지지하중 시험은 에어스프링의 여러 가지 요구 성능 항목 중에서 가장 기본이 되는 시험 항목이며 하중조건인 공차하중 (CVW), 설계하중 (DW) 및 만차하중(GVW) 조건에 따라 시험을 수행한다. 수직 정강성시험은 스프링을 설계 높이 (design height, DH)로 고정한 상태에서 공차 하중 조건에 해당하는 스프링 하중이 될 때까지 스프링에 공기를 공급한 후 공급라인을 차단한다.
- 에어스프링의 특성을 지배하는 보강코드의 직경, 코드 간격 및 코드 각도 변화에 따라 특성의 변화를 살펴보았다. Fig.
- 주요 설계변수 해석 결과를 바탕으로 에어 스프링의 성능사양을 달성할 수 있는 설계 변수를 결정하고 에어스프링의 설계 모델에 대한 해석을 수행하였다.
- 보강코드인 Nylon 6의 특성으로서 단면적, 코드 간격, 코드 각도가 입력된다. 코드각도는 에어 벨로우즈의 하부 영역에서 상부 영역으로 갈수록 증가하게 되는데, 이값은 이론적인 코드각도 계산식을 이용하여 각 요소마다 코드각도의 변화를 설정하였다. 에어백과 공기 피스톤과의 접촉 모델링은 rigid element R3D4와 S4R shell 요소 사이에 접촉 쌍(contact pair)을 정의하여 표현한다.
대상 데이터
- Hz의 정현파형으로 2회 가진하는 동안 스프링의 변위, 하중, 내압을 측정하며, 측정 데이터는 최소 10 Hz의 샘플링 주파수로 수집한다. 설계하중 및 만차하중 조건에 대해서도 앞의 시험과 동일한 방법으로 수행한다.
- 9는 에어스프링의 지지하중 및 정강성 특성 시험을 위한 시험장치의 구성을 보이고 있다. 시험장치는 유압 구동기, 하중계, 공기공급장치, 공기압 측정센서, 고정지그, 유압제어장치 등으로 구성되어있다. 하중 및 공기압의 측정 신호는 A/D 변환기가 있는 데이터 수집장치를 통해서 컴퓨터에 저장된다.
이론/모형
- 물성시험을 위해서 Instron 4301 시험기를 이용하였으며 ASTM D 855 시험 기준에 따라 시험을 수행하였다. Fig.
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