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문제 정의
- (4) MR 댐퍼의 설계 및 정밀제어를 위해서는 MR 유체의 운전조건이나 외부환경에 대한 체계적으로 연구가 필요하지만, 본 연구에서는 온도와 교반시간에 대한 문제점을 제시하였다. 향후 더 세밀한 교반시간과 온도조건에 대한 실험이 필요하다.
- MR 유체의 침강성과 인가전류에 의한 점도변화를 조사하고자 상용 MR 유체를 상온과 고온에서 실험적으로 연구하였다.
- 본 연구에서는 MR 유체의 침강성과 자기장에 의한 점도변화를 실험적으로 조사하고자 상용 MR 유체의 분산성과 인가전류에 따른 점도의 변화를 상온(25℃)과 고온(80℃)에서 조사하였다. MR 유체를 장시간 사용하거나 고온의 외부환경에 놓이게 되면 MR 유체가 온도의 영향을 받아 물리적인 특성이 변할 것이다.
제안 방법
- (1) 상용 MR 유체는 자성 파우더의 입자를 포함하고 있으므로 시간과 온도에 따른 침강 특성이 다름을 확인하였다.
- 0A의 5점에서 MR 유체의 전단응력을 측정하였다. 그리고 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25, 1.5, 1.75, 2A의 9점에서 인가전류를 증가시키면서 MR 유체의 전단응력을 측정하였다.
- 교반시간은 MR 유체의 조성을 균질하게 만들기 위한 혼합시간으로, MR 유체는 시간에 따라 자성 파우더의 침강이 진행된다. 따라서 교반시간에 따른 MR 유체의 침강특성을 실험하였다. 본 실험연구에 사용된 MR 유체의 기본 물성은 succinic acid를 계면활성제로 white oil을 베이스 오일로 침강방지제를 특성첨가제로 선정하였다.
- 점도는 ROOKFIELD사 LV-DV Ⅱ+ 측정기를 이용하였고, 밀도는 중량을 계량하여 측정하였다. 또한 MR 유체의 침강 특성은 MR 유체를 혼합하는 교반시간과도 관계가 있으므로 5분과 10분의 교반시간에서의 MR 유체의 분산 특성을 조사하였다. 교반시간은 MR 유체의 조성을 균질하게 만들기 위한 혼합시간으로, MR 유체는 시간에 따라 자성 파우더의 침강이 진행된다.
- 8은 25℃ MR 유체의 전단응력 변화를 전단률을 증가시키면서 측정하였다. 또한 인가전류를 증가시켜 각 전류에서의 전단응력의 변화를 관찰하였다. 전단률이 커질수록 전단응력은 증가하며, 낮은 전단률에서는 전단응력의 뚜렷한 증가를 보이지만 높은 영역에서는 증가율이 둔화되었다.
- 3은 100ml 비이커에 담긴 MR 유체의 자성 파우더가 아래로 침강되는 모습을 보여준다. 실험은 30시간 진행되었으며 침강에 의한 상등액과 혼합액의 분리 정도를 측정하여 MR 유체의 침강 특성 평가하였다. 상등액과 혼합액의 비율은 유체의 침강과 점성에 영향을 받는다.
- 띠 형상은 MR 유체의 유동흐름을 방해하여 자기장 인가 시 MR 유체의 겉보기 점도가 증가하게 된다. 이를 정량적으로 조사하기 위하여 MR 유체의 인가전류에 따른 전단응력을 측정하였다. 자기장의 인가에 따른 MR 유체의 전단응력 변화는 회전식 점도계를 이용하여 측정하였다.
- 이를 정량적으로 조사하기 위하여 MR 유체의 인가전류에 따른 전단응력을 측정하였다. 자기장의 인가에 따른 MR 유체의 전단응력 변화는 회전식 점도계를 이용하여 측정하였다. 점도계의 전단률은 15∼1170 s-1까지 8점에서 그리고 전류는 0.
- 2의 점도계를 이용하여 측정하였다. 점도계의 전단률과 인가전류를 변경하면서 MR 유체의 점도변화를 측정하였다. 점도계는 MR 유체를 주입하여 시험하는 챔버와 자기장을 인가하는 자극 부분, 작동을 제어하는 제어장치와 온도 챔버로 구성되었다.
- 실험하기 전에 MR 유체의 점도에 영향을 줄 수 있는 MR 유체의 균질성의 유지 및 MR 유체에 존재하는 기포를 최대한 제거하여야 한다. 점도계의 전단률은 15, 180, 340, 510, 680, 840, 1010, 1170 s-1 의 8점을 선정하여 전단률을 증가시키면서 인가전류 0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0A의 5점에서 MR 유체의 전단응력을 측정하였다. 그리고 0, 0.
- 0g/㎤, 점도 5000cP를 가진다. 점도는 ROOKFIELD사 LV-DV Ⅱ+ 측정기를 이용하였고, 밀도는 중량을 계량하여 측정하였다. 또한 MR 유체의 침강 특성은 MR 유체를 혼합하는 교반시간과도 관계가 있으므로 5분과 10분의 교반시간에서의 MR 유체의 분산 특성을 조사하였다.
- 따라서 상용 MR 유체의 침강 특성을 이해할 필요가 있다. 침강 특성은 온도에 영향을 받을 것이므로 온도조건에 따른 침강 특성을 조사하였다.
대상 데이터
- MR 유체의 상온(25℃)과 고온(80℃)에서의 침강성을 관찰하기 위하여 Fig. 1의 강제 대류형 오븐을 이용하였다. 실험에 사용된 MR 유체는 상용 유체로 밀도 3.
- 따라서 교반시간에 따른 MR 유체의 침강특성을 실험하였다. 본 실험연구에 사용된 MR 유체의 기본 물성은 succinic acid를 계면활성제로 white oil을 베이스 오일로 침강방지제를 특성첨가제로 선정하였다. Fig.
- 1의 강제 대류형 오븐을 이용하였다. 실험에 사용된 MR 유체는 상용 유체로 밀도 3.0g/㎤, 점도 5000cP를 가진다. 점도는 ROOKFIELD사 LV-DV Ⅱ+ 측정기를 이용하였고, 밀도는 중량을 계량하여 측정하였다.
성능/효과
- (2) 온도변화에 따른 MR 유체의 침강 특성은 상온보다 고온에서 더 확연히 관찰되었다. 상온에서 침전량은 선형적인 감소 경향을 보이지만, 고온에서는 일정시간 내에 급격히 감소하였다.
- (3) 전단률이 커질수록 전단응력은 로그함수의 증가형태를 보였으며, 증가폭은 전단률보다 인가전류의 증가에 따라 더 뚜렷하였다. MR 유체의 전단응력은 상온보다 고온에서 낮은 분포를 보이며 인가전류에 따른 MR 유체의 전단응력 변화는 2차 함수의 형태로 나타났다.
- 60분경과 시 25℃ 침강율은 0%, 80℃는 25%가 침강하여 상등액이 뚜렷히 관찰되었다. 660분경과 시 25℃ 침강율은 16%, 80℃는 73%, 1080분경과 시 25℃ 침강율은 36%, 80℃는 74%, 1800분경과 시 25℃ 침강율은 40%, 80℃는 74%가 침강되었다. 이 실험결과로부터 온도변화에 따른 MR 유체의 침강 특성은 상온보다 고온에서 더 확연히 MR 유체 내 자성 파우더가 침전된다는 것을 알 수 있다.
- Fig. 4, 5, 6 그리고 7로부터 침강 환경온도와 교반시간에 따라 MR 유체의 침강율이 크게 달라진다는 것을 알 수 있었다. 교반시간이 증가하면 MR 유체 내 밀집되어있는 파우더의 분산성을 향상시켜 MR 유체 내 자성 파우더와 오일의 혼합정도가 우수해져 파우더의 침전이 지연되는 것으로 판단된다.
- 5A씩 2A까지 변화하면서 MR 유체의 전단응력을 측정하였다. Fig. 8과 9에서 알 수 있는 것처럼, MR 유체의 전단응력은 상온보다 고온에서 상대적으로 낮은 분포를 보이고 있으며, 인가전류에 따른 MR 유체의 전단응력 변화는 2차 함수의 형태로 나타났다. 인가전류 0A의 25℃와 80℃ 각각의 점도를 기준으로 인가전류 2A에서 25℃와 80℃의 점도는 각각 19.
- (3) 전단률이 커질수록 전단응력은 로그함수의 증가형태를 보였으며, 증가폭은 전단률보다 인가전류의 증가에 따라 더 뚜렷하였다. MR 유체의 전단응력은 상온보다 고온에서 낮은 분포를 보이며 인가전류에 따른 MR 유체의 전단응력 변화는 2차 함수의 형태로 나타났다.
- 상온에서 침전량은 선형적인 감소 경향을 보이지만, 고온에서는 일정시간 내에 급격히 감소하였다. 그리고 교반시간이 큰 경우에 MR 유체의 침전양이 적어 분산성이 우수함을 확인하였다.
- 6배 크게 증가하였다. 또한 0A와 2A에서 80℃의 점도를 기준으로 25℃의 점도를 비교하면 각각 36.5%와 12.5% 높았다. 전단응력 증가율은 인가전류가 높을 때 더 낮은데, 이는 인가전류가 높아지게 되면 MR 유체 내 자성 파우더들이 자기장에 더 강하게 반응하여 자기결속이 커지기 때문에 온도보다 자기장 영향이 전단응력 증가에 더 영향을 미치는 것으로 판단된다
- 660분경과 시 25℃ 침강율은 16%, 80℃는 73%, 1080분경과 시 25℃ 침강율은 36%, 80℃는 74%, 1800분경과 시 25℃ 침강율은 40%, 80℃는 74%가 침강되었다. 이 실험결과로부터 온도변화에 따른 MR 유체의 침강 특성은 상온보다 고온에서 더 확연히 MR 유체 내 자성 파우더가 침전된다는 것을 알 수 있다. 상온에서 침전량은 선형적인 감소 경향을 보이지만, 고온에서는 일정시간 내에 급격히 감소하여 MR 유체의 자기장 효과가 효과적이지 못할 것을 예상할 수 있다.
- 8배이었다. 이는 MR 유체에 전류를 일시적으로 인가할 때 MR 유체의 겉보기 점성이 증가하여 유동흐름을 방해할 것이라는 것을 보여준다.
- 전단률보다는 인가전류에 의한 전단응력이 더 높게 측정되었다. 인가전류가 증가할수록 전단률에 의한 전단응력 변화곡선은 선형적인 증가에서 로그함수의 증가형태를 나타내었으며, 증가폭도 인가전류의 증가에 따라 크게 증가하였다. 인가전류 0A, 전단률 15 s-1를 기준으로 전단률 15 s-1에서 0.
- 이는 고온조건에서 MR 유체의 점도가 낮기 때문이다. 전단률보다는 인가전류가 증가할수록 전단응력이 더 높게 측정되었다. 인가전류 0A, 전단률 15 s-1 기준으로 전단률 15 s-1에서 0.
- 또한 인가전류를 증가시켜 각 전류에서의 전단응력의 변화를 관찰하였다. 전단률이 커질수록 전단응력은 증가하며, 낮은 전단률에서는 전단응력의 뚜렷한 증가를 보이지만 높은 영역에서는 증가율이 둔화되었다. 전단률보다는 인가전류에 의한 전단응력이 더 높게 측정되었다.
후속연구
- 그러나 이에 대한 연구가 거의 보고되지 않았다. 운전조건이나 외부환경에 따라 MR 유체가 어떤 거동을 보이는 지를 보다 자세히 이해하여야 MR 댐퍼의 최적설계 및 제어로직 개발에 도움이 될 것이다.
- (4) MR 댐퍼의 설계 및 정밀제어를 위해서는 MR 유체의 운전조건이나 외부환경에 대한 체계적으로 연구가 필요하지만, 본 연구에서는 온도와 교반시간에 대한 문제점을 제시하였다. 향후 더 세밀한 교반시간과 온도조건에 대한 실험이 필요하다.
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