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폴리우레탄 고무 스프링의 압축 강성도 추정 및 적용
Estimation of Compressive Stiffness of Polyurethane Rubber Springs and Its Application 원문보기

韓國鋼構造學會 論文集 = Journal of Korean Society of Steel Construction, v.29 no.3, 2017년, pp.229 - 236  

최은수 (홍익대학교, 토목공학과) ,  박승진 (홍익대학교, 토목공학과) ,  우대승 (홍익대학교, 토목공학과)

초록
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이 연구에서는 고무스프링의 동적 압축실험을 수행하여 고무스프링의 거동 및 특성을 규명하고 압축 강성도를 계산하여 실제 설계값에 대해 알아보고자 하였다. 고무스프링의 동적 압축실험을 수행하기 위하여, L80-D55, L90-D58, L100-D60의 고무스프링의 형상계수를 구하여 총 9개의 고무스프링을 주문 제작 하여 실험에 사용하였다. 실험은 고무스프링의 길이에 따라 기압축을 제어하여 수행하였으며, 기압축은 변형률의 5%, 10%, 15%, 20%, 25% 순서로 증가시켰다. 실험결과를 통해 힘-변형률 곡선을 얻을 수 있었고, 변형률의 증가함에 따라 강도감소 현상과 강도증가 현상이 발생함을 확인하였다. 또한 고무스프링의 크기와 지름에 따라 강성저하 및 강성증가 현상이 확연하게 나타남을 확인하였고, 힘-변형률 곡선에서 할선기울기를 이용하여 유효 압축강성도를 추정하였다. 유효압축강성도를 이용하여 실제 설계에 사용할 수 있는 설계값을 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this study is to investigate the behavior and characteristics of rubber springs and calculate the compressive stiffness by performing dynamic compression tests of rubber springs. In order to carry out the dynamic compression test of rubber spring, total 9 rubber springs were tailored ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 기존의 고무스프링을 이용한 스마트 댐퍼의 개발연구에서 고무스프링에 대한 거동에 대해서 일부 연구가 진행되었으나, 댐퍼 개발을 위한 거동실험에 국한 된 것이다[6],[7],[8]. 따라서 이 연구에서는 폴리우레탄 고무스프링의 압축 강성도를 추정하고, 추정된 강성도와 실험치를 비교하여 설계에 사용될 수 있는 방법을 제안하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
폴리우레탄 고무스프링의 특징은? 폴리우레탄 고무스프링은 기압축 상태에서 작용을 하게 되면 초기에 강체거동(rigid-body behavior)을 보이는데, 이를 이용하여 댐퍼의 복원력(self-centering capacity)을 확보할 수 있다[6],[7],[8]. 폴리우레탄 고무스프링은 스마트 댐퍼에서 복원력을 제공하는 형상기억합금과 같은 스마트 재료에 비해서 가격이 월등히 저렴하며[9], 스프링-와셔 시스템 보다 기계적으로 아주 간단하다. 따라서 폴리우레탄 고무스프링은 경제적으로 저렴하며 기계적으로 내구성이 우수하여 상업화에 유리하다.
고무스프링은 변형율은 어떻게 계산되는가? 하중은 실험장비의 하중계를 통해서 측정되었으며, 이를 통해서 고무스프링의 하중-변형율 곡선을 얻을 수 있다. 고무스프링은 변형율 30%까지 5회 반복재하 하였으며, 여기서 변형율은 고무스프링의 변형량을 초기 길이로 나눈값이다. 고무스프링의 길이가 3종류이므로 변형률을 일정하게 하여 실험을 수행하였다.
5% 변형율 이상 변형율을 사용하는 경우, 고무스프링의 압축강성도는 보수적으로 계산치의 65%을 설계값으로 하는 것이 적절하다고 판단되는 근거는? 따라서 전체적으로 5%이내의 변형율을 사용하는 고무 스프링의 경우 계산된 압축강성도의 85%을 사용하는 것이 적절하다고 판단된다. 고무스프링을 변형율 15% 이상으로 사용하는 경우, 15% 변형율에서 압축강성도는 계산된 압축 강성도의 65-70%에 해당한다. 따라서 5% 변형율 이상 변형율을 사용하는 경우, 고무스프링의 압축강성도는 보수적으로 계산치의 65%을 설계값으로 하는 것이 적절하다고 판단된다.
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참고문헌 (11)

  1. Oh, S.W., Choi, E., and Jung, H.Y. (2005) The Estimated Stiffness of Rubber Pads for Railway Bridges, Journal of Korea Society of Steel Construction, Vol.17,3):307-316. 

  2. Qi, H.J. and Boyce, M.C. (2005) Stress-Strain Behavior of Thermoplastic Polyurethane, Mechanics of Materials 37, pp.817-839. 

  3. Choi, E., Lee, H.U., Kim, S.I., and Kim, L.H. (2006) Variation of Natural Frequency and Dynamic Behavior of Railway Open-Steel-Plate-Girder Bridge with Installing Disk Bearings, Journal of Korea Society of Steel Construction, Vol.18, No.4, pp.437-446. 

  4. Oh, S.W., Choi, E., Jung, H.Y., and Kim, H.S. (2006) Static and Dynamic Behavior of Disk Bearings under Railway Vehicle loading, Journal of Korea Society of Steel Construction, Vol.18, No.4, pp.469-480. 

  5. Choi, E., Kim, L.H., and Kim, H.S. (2005) Variation of Rail's Axial Compressive Force on Railway Bridges Due to Thermal and Seismic Loads with using EQS bearings, Journal of Korea Society of Railway, Vol.8, No.3, pp.1-10. 

  6. Choi, E., Choi, G., Kim, H.T., and Youn, H. (2015). Smart Damper Using the Combination of Magnetic Friction and Pre-compressed Rubber Springs, Journal of Sound and Vibration, Vol.351, pp.68-89. 

  7. Jeong, K., Choi, E., Back, S.Y., and Kang, J.W. (2016) Smart Damper Using Sliding Friction of Aramid Brake Lining and Self-centering of Rubber Springs, International Journal of Steel Structures, Vol.16, No.4, pp.1239-1250. 

  8. Choi, E., Youn, H., Park, K., and Jeon, J.S. (2017) Vibration Tests of Precompressed Rubber Springs and a Flag-shaped Smart Damper, Engineering Structures, Vol.132, pp.372-382. 

  9. Dolce, M., Cardone, D., and Marnetto, R. (2000) Implementation and Testing of Passive Control Devices Based on Shape Memory Alloys, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol.29, No.7, pp.945-968. 

  10. Koblar, D., Skofic, J., and Boltezar, M. (2014) Evaluation of the Young's Modulus of Rubber-Like Materials Bonded to Rigid Surfaces with Respect to Poisson's Ratio, Journal of Mechanical Engineering, Vol.60, No.7-8, pp.508-511. 

  11. Sim, H. and Kim, K.J. (1990) A Method to Determine the Complex Modulus and Poisson's Ratio of Viscoelastic Materials for FEM Applications, Journal of Sounds and Vibrations, Vol.141, No.1, pp.71-82. 

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