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자동차 부품용 알루미늄 접합 제진 패널의 기계적 특성 및 진동 특성 평가
Evaluation of Mechanical and Vibration Characteristics of Laminated Damping Aluminum Panel for Automobile Components 원문보기

Composites research = 복합재료, v.32 no.2, 2019년, pp.113 - 119  

배성열 (Composites Convergence Team, Korea Textile Machinery Convergence Research Institute) ,  배기만 (R&D Center, Iljitech) ,  김윤해 (Department of Ocean Advanced Materials Convergence Engineering, Korea Maritime and Ocean University)

초록
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본 연구의 목적은 자동차용 부품에 적용하기 위한 알루미늄 접합 제진 패널에 대한 기계적 특성 및 진동 특성을 도출하기 위한 것이며, 이를 위해서 알루미늄 하이브리드 소재와 알루미늄 원소재의 시험 및 시뮬레이션 결과가 상호 비교되었다. 알루미늄 제진 패널 및 알루미늄 원소재의 인장강도 평가를 통해서 알루미늄 하이브리드 소재의 인장강도 및 인장탄성계수가 알루미늄 원소재 대비 약 10% 내외로 낮음을 확인할 수 있었다. 소재 단위의 해석 및 시험을 통해서 하이브리드 소재가 원소재 대비 낮은 고유진동수를 나타냄을 확인하였고, 하이브리드 소재를 구성하는 수지의 두께가 높아질수록 손실계수가 상승됨을 확인하였다. 또한, 기계적 특성 평가 모사 시뮬레이션을 통해 시험결과와 시뮬레이션 결과가 잘 일치하며, 유한요소해석을 통한 소재의 성능예측이 가능함을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The objective of this research is to study the mechanical and vibration characteristics of vibration damping aluminum panels for automotive parts. For this purpose, the test and simulation results of aluminum-resin hybrid materials and aluminum sheet materials were compared. Tensile strength and ela...

주제어

표/그림 (21)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한, 부품 설계 단계에서 설계 및 검증을 위한 소재 단위 시뮬레이션 모델을 개발하였으며, 소재 단위의 시험과 해석 결과 비교를 통해서 최적 시뮬레이션 모델 개발을 완료하였다. 본 연구를 통해 알루미늄-수지 하이브리드 소재의 최적 설계안 및 그 재료 특성을 도출하는 것을 목표로 하였다.
  • 본 연구에서는 알루미늄 접합 제진 패널을 자동차용 부품 소재로 적용하기 위하여 소재 단위의 기계적 특성 및 진동 특성을 밝히고자 하였다. 하이브리드 소재 및 원소재 시트에 대해서 각각 성능시험을 수행하여 결과를 비교하였고, 소재 최적화를 위한 사례 연구도 진행되었다.

가설 설정

  • KS D 0076 규격에 따라서 고유 진동수 및 손실계수 평가가 진행되었다. 진동 감쇠 특성에 대한 시험 방법은 중앙지지 정상 여진법과 타격 여진법으로 구분될 수 있다. 본 연구에서는 중앙지지 정상 여진 방식을 적용하여 제진 패널에 대한 소재 단위의 동적 거동에 대한 실험적 평가가 진행 되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
알루미늄 제진 패널의 구성은? 이러한 연구와 더불어 자동차용 경량/저진동 소재 개발도 이루어지고 있으며, 알루미늄 제진 패널은 기존 자동차용 스틸 재질 대비 가볍고 저진동/저소음 특성 때문에 자동차용 소재로 적용을 위해 많은 연구가 이루어지고 있다. 알루미늄 제진 패널은 얇은 두께의 2매의 알루미늄 면재 내부에 약 70~250 μm의 점탄성 수지가 적용되어, 두 장의 면재가 접착된 형태로 구성된다. 알루미늄-수지 제진 패널이 자동차용 소재로 적용될 경우, 강재 대비 밀도가 30% 수준인 알루미늄 적용에 따른 부품 경량화가 가능하고, 금속 판재 내부의 점탄성 수지가 외력에 의한 진동에너지를 흡수하는 역할을 하게 되어 승차감 개선의 효과도 기대된다.
알루미늄 제진 패널에 수지가 적용되어 자동차용 소재로 사용될 경우 기대효과는? 알루미늄 제진 패널은 얇은 두께의 2매의 알루미늄 면재 내부에 약 70~250 μm의 점탄성 수지가 적용되어, 두 장의 면재가 접착된 형태로 구성된다. 알루미늄-수지 제진 패널이 자동차용 소재로 적용될 경우, 강재 대비 밀도가 30% 수준인 알루미늄 적용에 따른 부품 경량화가 가능하고, 금속 판재 내부의 점탄성 수지가 외력에 의한 진동에너지를 흡수하는 역할을 하게 되어 승차감 개선의 효과도 기대된다. 미국의 MSC, 독일의 티센크루프, 일본의 신일본제철 사 등의 해외 선진 소재기업에서는 제진금속 패널을 기 개발하여, 현재 그 소재를 자동차에 적용하기 위한 기술개발이 일부 진행 중에 있다[5-8].
중앙지지 여진법은 무엇인가? 중앙지지 여진법은 시험편을 전자 여진기에 장착 후 전자 여진기를 이용하여 시험편에 증폭을 가하고, 시험편에 전해지는 진동을 측정하여 소재 단위의 고유 진동수를 및 손실계수를 측정하는 시험방법이다.
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참고문헌 (11)

  1. Tisza, M., and Czinege, I., "Comparative Study of the Application of Steels and Aluminium in Lightweight Production of Automotive Parts", International Journal of Lightweight Materials and Manufacture, Vol. 1, No. 4, 2018, pp. 229-238. 

  2. Fuchs, E.R., Field, F.R., Roth, R., and Kirchain, R.E., "Strategic Materials Selection in the Automobile Body: Economic Opportunities for Polymer Composite Design", Composites Science and Technology, Vol. 68, No. 9, 2008, pp. 1989-2002. 

  3. Park, H.S., Dang, X.P., Roderburg, A., and Nau, B., "Development of Plastic Front Side Panels for Green Cars", CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, Vol. 6, No. 1, 2013, pp. 44-52. 

  4. Kim, K.J., Lim, J.H., Park, J.H., Choi, B.I., Lee, J.W., and Kim, Y.J., "Light-weight Design of Automotive AA6061 Rear Subframe Based on CAE Simulation", The Korean Society of Automotive Engineers, 2012, pp. 77-82. 

  5. Liu, Y., Zogg, M., and Ermanni, P., "An Experimental Comparative Study on Non-conventional Surface and Interface Damping Techniques for Automotive Panel Structures", Journal of Vibration and Control, Vol. 18, No. 14, 2011, pp. 2210-2233. 

  6. Hiroshi, E., Mizuno, E., and Yoshimasa, Z., "The Development of Vibration Damping Steel Sheet for Automotive Use," Journal of Material and Manufacturing, Vol. 98, No. 5, 1989, pp. 670-677. 

  7. Deshmukh, A.B., Chaitanya, S.V., and Wagh, S., "Case Study on Sandwich Steel Application in Automotive BIW for NVH Improvements," Proceeding of the 2nd National Conference on Recent Developments in Mechanical Engineering, Pune, India, Apr. 2013, pp. 1-6. 

  8. Jung, J.H., Min, B.D., and Ha, Y.C., "Evaluation of Mechanical Properties of Vibration Damping Steel Sheets and Their Application to Automobile Engine Oil Pan," The Korean Society for Technology of Plasticity, 1994, pp. 99-118. 

  9. Kim, K.C., Kwon, Y.S., Kim, C.M., and Kim, J.T., "Study on the Design Process to Minimize the Weight of the Damping Material," Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol. 22, No. 2, 2012, pp. 99-118. 

  10. Kim, J.B., Ryu, K.H., Park, S.K., and Lee, S.J., "Application of Strain Energy for Determining the Location of Damping Material," Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol. 18, No. 11, 2008, pp. 1199-1205. 

  11. Xial, X., Hsiung, C.K., and Zhao, Z., "Analysis and Modeling of Flexural Deformation of Laminated Steel," International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 50, 2008, pp. 69-82. 

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