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CIP 부피비에 따른 이방성 MRE의 전단계수 변화율
The Variation Rate of Shear Modulus for Anisotropic Magneto-rheological Elastomer due to Volume Fraction of CIP 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.21 no.12, 2011년, pp.1132 - 1137  

정운창 (한양대학교 기계공학과) ,  윤지현 (한양대학교 기계공학과) ,  양인형 (한양대학교 기계공학과) ,  이유엽 (호원대학교 자동차기계공학부) ,  오재응 (한양대학교 기계공학부)

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MRE(magneto-rheological elastomers) is a material which shows reversible and various modulus in magnetic field. Comparing to conventional rubber vibration isolator, MREs are able to absorb vibration of broader frequency range. These characteristic phenomena result from the orientation of magnetic pa...

주제어

#전단계수   #MR 고무   #이방성   #자기반응성 입자   #맥스웰-가넷 혼합 법칙  

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  • CIP 부피비와 인가전류 세기에 따른 MRE의 전단계수 변화율을 기계적 및 전자기 이론을 이용하여 수식을 유도하였고, 물리적 의미를 규명하였다. CIP부피비 및 인가전류 세기에 따른 MRE의 전단계수 변화율의 시뮬레이션 하기 위해 MRE 내의 CIP 분포를 이상적인 이방성으로 가정하고, Maxwell-Garnett 혼합 법칙을 적용하여 MRE의 투자율을 구하였다. 이방성 MRE의 투자율을 전단응력 텐서에 대입하여 CIP 부피비에 따른 MRE의 전단계수 변화율 수식을 유도하고 시뮬레이션을 이용하여 CIP 부피비와 인가전류에 따른 MRE의 전단계수 변화율에 대한 특성을 파악하였다.
  • MRE 내부 자기장 변화에 따른 전단응력 텐서는 CIP 입자를 전계 및 자계에서의 전자기적 특성을 지닌 질점으로 가정함으로써 구할 수 있다.
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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
가변형 방진고무 시스템의 설계 및 제어를 위해, 첨가되는 CIP의 부피비와 자기장 세기에 따른 MRE의 전단계수 변화율을 이론적으로 예측해야하는 필요성은? 가변형 기계 시스템에 대한 MRE의 응용을 위해서는 MRE 내부에 분포하는 CIP의 자기장에 따른 전단계수 변화에 대한 예측이 필수적이다. 즉, MRE의 전단계수 변화는 시스템의 고유진동수 변화를 발생시켜 외부 가진과의 공진을 회피할 수 있으므로 자기장에 따른 전단계수 변화율에 대한 예측이 중요하다(2). 그러나, MR 재료 중 MRF의 자기장에 따른 전단계수 변화에 대한 이론적인 모델링은 활발히 이루어지고 있으며 MRE 내부의 배향된 CIP 부피비와 자기장에 따른 전단계수 변화에 대한 실험적 해석은 이루어지고 있으나 이론적 모델링 및 시뮬레이션은 이루어지지 않고 있다(3,4). 그러므로, 가변형 방진고무 시스템의 설계 및 제어를 위해, 첨가되는 CIP의 부피비와 자기장 세기에 따른 MRE의 전단계수 변화율을 이론적으로 예측할 필요가 있다.
방진고무는 어떤 제품인가? 자동차 등의 동적인 구조물에 있어 구조의 경량화와 더불어 승차감 및 소음∙진동 개선에 대한 요구는 꾸준히 증대되어 왔다. 소음 ∙ 진동 저감을 위한 가장 효율적인 방법은 가진원으로부터의 진동 전달을 방지하는 것이며, 이 같은 목적을 갖는 대표적인 제품이 바로 방진고무이다. 방진고무는 생산성과 적용성 그리고 저비용이라는 여러 장점을 지니고 있으므로 자동차, 가전 등에 필수적인 제품으로 알려져 있다.
MR 재료란? MR 재료는 자기장에서의 유동학적 특성을 제어할 수 있는 스마트 재료의 한 종류이다. MR 재료는 매트릭스에 따라 MRE(magneto-rheological elastomer)와 MRF(magneto-rheological fluid)로 나눌 수 있으며, 그 중 MRE는 천연고무와 같은 고무 매트릭스에 자기반응성 입자인 CIP(carbonyl iron powder) 등을 첨가한 엘라스토머이다.
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참고문헌 (8)

  1. Carlson, J. D. and Jolly, M. R., 2000, MR Fluid, Form an Elastomer Devices, Mechatronics, Vol. 10, pp. 555-569. 

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  2. Deng, H. X. and Gong, X. L., 2007, Application of Magnetorheological Elastomer to Vibration Absorber, Nonlinear Science and Numerical Simulation, Vol. 13, pp. 1938-1947. 

  3. Yoon, J.-H., Jeong, J.-E., Yang, I.-H., Lee, J.-Y. and Oh, J.-E., 2009, Experimental Identification on Shear Modulus of Magneto-rheological Elastomer based on Silicon Matrix due to Induced Current, Proceedings of the KSNVE Annual Autumn Conference, pp. 623-624. 

  4. Zhang, X. Z., Li, W. H. and Gong, X. L., 2008, An Effective Permeability Model to Predict Field-dependent Modulus of Magnetorheological Elastomers, Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, Vol. 13, pp. 1910-1916. 

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  5. Karkkainen, K. K., Sihvola, A. H. and Nikoskinen, K. I., 2000, Effective Permeability of Mixtures: Numerical Validation by the FDTD Method, IEEE Trans Geosci Remote Sensing, 38:1303-8,p1. 

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  6. Woodson, H. H. and Melcher, J. R., 1968, Electromechanical Dynamics, John Wiley & Sons, Part2, pp. 418-478. 

  7. Hayt, W. H. and Buck, J. A., 2005, Engineering Electromagnetics, 7/e, MeGraw-Hill, pp. 331- 335. 

  8. Davis, L. C., 1998, Model of Magnetorheological Elastomers, Journal of Applied Physics, Vol. 85, No. 6, pp. 3348-3351. 

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