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제안 방법
- (1) 철도차량용 방진고무스프링에 대한 설계방법을 정립하고 형상 및 요구특성을 통한 설계변수를 파악 하여 형상설계를 도출하였다.
- (2) 방진고무스프링에 적용되는 고무재료에 대한 단순인장이축이장시험과 전단시험을 수행하여 물성 을 파악하였으며 비선형 재료상수를 구하였다.
- (3) 고무재료에 대한 수명예측을 위해 열 노화시키는 가속방법을 선택하여 가속시험을 통해 얻어진 데 이터로 아레니우스 모델을 이용하여 수명을 예측하였다
- (4) 물성시험을 통해 구해진 재료상수를 이용하여 원추형 고무스프링에 대한 유한요소해석을 수행하여 수직방향 , 길이방향 , 횡 방향의 특성을 예측하였다 .
- 가속노화시험을 위해 압축 줄음률 장치를 이용하여 시편 초기 높이의 25% 를 압축하여 압축 영구줄음 률 시험을 수행하였다 . 압축된 고무시편은 50℃, 70℃, 85℃, 100℃ 의 환경 챔버에서 각각 1, 2, 4, 7, 14, 30, 45, 60, 75 일 까지 일정기간동안 압축된 상태로 두어 열 노화시켰다 .
- 본 연구에서는 원추형 고무스프링에 적용되는 고무재료에 대해 단축인장이축인장시험과 전단시험을 수행한 결과로부터 응력 - 변형률 데이터를 이용하여 비선형 재료상수를 결정하였다 . 고무재료는 변형률 범위에 따라 물성이 달라지므로 Fig. 2 에서와 같이 변형률 25%, 50%, 100% 에 대하여 물성시험을 수행 하여 각 변형률 범위에서의 물성을 파악하였다 . Fig.
- 본 연구에서는 철도차량의 주행 안정성 및 승차감 향상에 중요한 역할을 하며 차량과 승객의 안전에 직결되는 1차 현가장치용 방진고무스프링에 대해 주요 설계변수 및 특성분석을 통하여 개념설계 및 형 상설계를 달성하였으며 , 적용되는 고무재료에 대해 단순인장시험 , 이축인장시험 , 노화시험 등을 통하여 물성을 파악하여 유한요소해석에 필요한 비선형 재료상수 결정 등 고무재료 물성시험 및 평가기술을 확 립하였다 . 또한 , 재료상수를 이용하여 비선형 유한요소해석을 통하여 방진고무부품의 특성과 주요 설계변수 의영향을파악하였고 , 또한 시제품을제작한후시험을통하여이를검증하였다
- 본 연구에서는 고무와 금속을 강호 접착하여 얻어지는 적층고무를 동원상상 원추를 여러 개 삽입한 형상으로 바깥쪽은 액슬 박스에 부착되고 안쪽은 대차 프레임에 고정되어 있는 원추형 고무스프링에 대하여 기술자료 분석을 통한 설계방법을 정립하고 형상 및 요구특성을 통한 설계변수를 파악하여 Fig. 1 과 같이 형상설계를 도출하였다.
- 본 연구에서는 고무재료에 대한 수명예측을 위해 열 노화시키는 가속방법을 선택하여 가속시험을 통해 얻어진 데이터로 아레니우스 (Arrhenius) 모델을 이용하여 수명을 예측하였다 . 아레니우스 모델은 여러 온도에서 고무제품의 초기 특성 값의 일정 변화가 발생하는 시점을 수명으로 판단하여 시간 - 온도의 mastercurve 및관계식으로표현된다.
- 본 연구에서는 원추형 고무스프링에 대하여 3차원 모델링을 이용하여 x, y, z 방향의 특성해석을 수 행하였다 . Fig.
- 본 연구에서는 원추형 고무스프링에 적용되는 고무재료에 대해 단축인장이축인장시험과 전단시험을 수행한 결과로부터 응력 - 변형률 데이터를 이용하여 비선형 재료상수를 결정하였다 . 고무재료는 변형률 범위에 따라 물성이 달라지므로 Fig.
- 본 연구에서는 철도차량의 주행 안정성 및 승차감 향상에 중요한 역할을 하며 차량과 승객의 안전에 직결되는 1차 현가장치용 방진고무스프링에 대해 주요 설계변수 및 특성분석을 통하여 개념설계 및 형 상설계를 달성하였으며 , 적용되는 고무재료에 대해 단순인장시험 , 이축인장시험 , 노화시험 등을 통하여 물성을 파악하여 유한요소해석에 필요한 비선형 재료상수 결정 등 고무재료 물성시험 및 평가기술을 확 립하였다 . 또한 , 재료상수를 이용하여 비선형 유한요소해석을 통하여 방진고무부품의 특성과 주요 설계변수 의영향을파악하였고 , 또한 시제품을제작한후시험을통하여이를검증하였다
- 시험결과를 이용하여 Table 1 과 같이 변형률 범위에 따른 비선형 재료상수 값을 무늬 - 리블린 함수와 오그덴 함수로 결정하였다 . 표에서 보는 바와 같이 변형률이 클수록 강성 (G) 이 낮아짐을 알 수 있었으 며 무늬 - 리블린 함수와 오그덴 함수로 구한 재료상수 값들이 거의 비슷하게 나타남을 알 수 있었으며 , 물성시험을 통해 구해진 비선형 재료상수 값들은 원추형 고무스프링의 유한요소해석에 물성 데이터로 활용하였다.
- 가속노화시험을 위해 압축 줄음률 장치를 이용하여 시편 초기 높이의 25% 를 압축하여 압축 영구줄음 률 시험을 수행하였다 . 압축된 고무시편은 50℃, 70℃, 85℃, 100℃ 의 환경 챔버에서 각각 1, 2, 4, 7, 14, 30, 45, 60, 75 일 까지 일정기간동안 압축된 상태로 두어 열 노화시켰다 . 주어진 시간이 경과된 후 시편을 꺼내어 압축장치로부터 분리한 후 상온에서 30 분간 방치하였다 .
- 원추형 고무스프링에 대한 특성시험은 Fig. 6에서와 같이 100톤 용량의 유압식 피로 시험기를 이용하여 정적 및 피로특성시험을 수행하여 성능을 평가하였다.
- 주어진 시간이 경과된 후 시편을 꺼내어 압축장치로부터 분리한 후 상온에서 30 분간 방치하였다 . 이 시간 동안 시편의 두께는 초기 압축상태보다 일정량 회복하여 두께가 약간 증가되는데 이 때의 두께를 측정하였다.
대상 데이터
- 시험결과를 이용하여 Table 1 과 같이 변형률 범위에 따른 비선형 재료상수 값을 무늬 - 리블린 함수와 오그덴 함수로 결정하였다 . 표에서 보는 바와 같이 변형률이 클수록 강성 (G) 이 낮아짐을 알 수 있었으 며 무늬 - 리블린 함수와 오그덴 함수로 구한 재료상수 값들이 거의 비슷하게 나타남을 알 수 있었으며 , 물성시험을 통해 구해진 비선형 재료상수 값들은 원추형 고무스프링의 유한요소해석에 물성 데이터로 활용하였다.
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