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1 한국해양공학회지제 23 권제 5 호, pp 45-53, 2009 년 10 월 (ISSN ) 자동차용엔진마운트의피로거동에관한연구 서창민 * 오상엽 ** 박대규 * 장주호 * * 경북대학교공과대학기계공학부 ** 경북대학교이공대학기계자동차공학부 Fatigue Characteristics of Engine Rubber Mount for Automotive Chang-Min Suh*, Sang-Yeob Oh**, Dae-Kyu Park* and Ju-Ho Jang* *School of Mechanical Engineering, Kyungpook National University, Daegu, Korea **School of Mechanical and Automotive Engineering, Kyungpook National University, Sangju, Korea KEY WORDS: Automotive 자동차, Engine mount 엔진마운트, Fatigue characteristic 피로특성, FEA 유한요소해석 ABSTRACT: In this study, Finite Element Analysis (FEA) was used to decide three kinds of material property of vibration proof rubber with the unique characteristic of non-linear and large deformation. As well, three types of hardness (Hs 50, 55, 60) were compared with the result of fatigue tests, fatigue life was able to be predicted. The request for fatigue life becomes strict more and more as increasing stress under conditions like a compaction, high load and high temperature for parts because it is main characteristics of rubber mount for automotive. Regarding to the fatigue life under dynamic deformation condition, it can be predicted as checking forced deformation extends and its frequency and its strain-life curve. As for material property tests of uniaxial tension test, uniaxial compression test, pure shear test, Ogden model was used for FEA by observing relations between stress and strain's rate as curve fitting. As a result of FEA, fatigue life for rubber mount was predicted and accorded well with the experimental data of fatigue test with hourglass specimens. In addition, its property of the predictable fatigue life method suggested in this study was accorded well with the experimental data by comparing the predicted fatigue life of FEA with the result of fatigue test for rubber component of engine rubber mount. 1. 서론 고무재료는고도의신장성과탁월한탄성복원능력및진동감쇠특성으로인하여엔진마운트 (Engine mount), 현가부시장치 (Suspension bush), 타이어등의자동차방진고무부품을비롯하여토목, 건설분야의방진및제진고무부품과세탁기, 에어컨등의가전제품의방진부품으로다양한산업분야에폭넓게사용되고있는공업재료중하나이다 (Smith, 1994). 고무류기계부품에대한피로해석은제품의안정성및신뢰성을확보하고최적설계를하기위한기술로선진국에서는이미부품의설계에널리활용하고있는실정이다. 국내관련산업계에서는이의중요성을인식하고는있으나아직까지체계적인설계및해석기술이확립되어있지못한실정이다 ( 김세호등, 1996; 신수정등, 1997). 부품의내구성을평가하기위한방법으로는크게소재의피로시험, 부품의피로시험그리고실차내구주행시험을통한피로특성의파악으로나눌수있다 (Riu, 1997). 따라서본연구에서는설계초기단계에서도짧은기간에비교적정확하게부품의피로수명을예측할수있는방법을제안하고자한다. 고무의기계적물성시험 ( 단축인장시험, 단축압축시험및순수전단시험 ) 의결과와커브피팅 (Curve fitting) 에 따른응력-변형률관계를정립하여, 유한요소해석을위한재료상수 (Ogden 모델을사용 ) 를결정후, 부품의유한요소해석결과와모래시계형시편의피로시험결과를이용하여부품의피로수명을예측한다. 예측된피로수명과부품의피로시험결과를비교하여본연구에서제안된피로수명예측의타당성을검토하고자한다. 2. 이론적배경 2.1 고무역학이론고무재료는하중과변형이비선형관계를보이고, 대변형범위에서도탄성거동을나타내는초탄성 (Hyper-elastic) 특성을보이며또한시간에따라재료의물성치가변하는점탄성 (Viscoelastic) 특성을나타내는등매우난해한거동을보인다 (KS M6518, 1996). 따라서고무부품의효과적인설계를위해서는고무재료의특성을잘이해하고, 이의정적물성치를정확히파악하여야한다. 고무재료의정적물성치는변형률에너지함수로표현되고, 동적물성치는저장탄성계수 (Storage modulus) 와손실계수 (Loss factor) 로나타내어지는복수탄성계수 (Complex modulus) 와프와송비 (ν) 로표현되는데, 프와송비는일반적으로고무재료 교신저자서창민 : 대구광역시북구산격동 1370, , cmsuh@knu.ac.kr 45

2 46 서창민 오상엽 박대규 장주호 가비압축성이므로 0.499의값을사용한다. 고무재료의복수탄성계수는여러요인에의해영향을받는데주로온도와주파수, 진폭, 평균변형률 (Pre-strain) 의의존성이높다 (ASTM D412, 1998). 결국, 금속재료에도입되었던탄성변형이론을이용하여비선형, 대변형거동을하는고무의변형을설명할수있다. 일반적으로사용하고있는변형률, 응력으로는공칭변형률과진변형률, 공칭응력과진응력이있다. 이들변형률, 응력외에수학적인모델에따라여러종류가있으며, 이중에단지수학적인의미만있는종류가있으나, 공학적인의미가있는모델을이해하기위해서는이들수학적인모델을충분히이해하고있어야한다. 고무모양물질의전단탄성계수 (G) 는보통 50~300MPa 정도이고, 그체적탄성계수 (B) 는 MPa 정도로일반액체와같은정도이다. 따라서, G << B라는관계가있으며앞식에서 ν 1/2, E 3G로간단히나타낼수있다 (Campion and Gent, 1992). 이결과는고무모양물질에서변형이생길때그체적이변하지않고보존하려는성질을나타내는데이사실은상당히큰변형에대해서도성립하는것이실험으로증명되고있다. 2.2 변형과변형률텐서 변형하지않는형상에서의절점들을 Xi라고하고변형한형상에서의절점들을 xi라고하자. 이들형상을비교하면, 다음과같이벡터및텐서 (Tensor) 식으로나타낼수있다. x = x(x) (1) 변형을국부적으로해석하기위해서편미분 x i/ X I 이연속적이어야한다. dx = FdX (2) 여기서, 는 Deformation gradient 텐서이고, F가 Non-singular 이기때문에, 다음과같은형태로분리될수있다. F = RU (3) 여기서, U는 Positive-definite 대칭텐서이고 R은적절한직교텐서 (Orthogonal tensor) 이다. 이들은다음식으로표현된다. U 2 = F T F = C (4) FF T = B (5) 식 (4) 의 C를 Right Cauchy-Green 변형률텐서, B를 Left Cauchy-Green 변형률텐서라고한다. C는다음과같이텐서로표현할수있다. or (6) F kif kj δ IJ 는변형률텐서라고간주되고 Green-Lagrange 변형률텐서, E IJ 는다음과같이정의된다. or (7) Green-Lagrange 변형률 E와 Right Cauchy-Green 변형률텐서 C는식 (6) 과식 (7) 을정리하여다음과같은관계를갖는다. C = I +2E or C IJ = δ IJ +2E IJ (8) (9) 이 e ij 는소변형에서의 Green-Lagrange 변형률로서흔히진변형률이라고한다. 2.3 초탄성재료의응용 비선형, 대변형거동은변형률에너지함수로표현되며, 이함수는 Right Cauchy-Green 변형률 C의불변량의함수와주연신율 λ i =1, 2, 3 로나타낼수있다. W = W(I 1, I 2, I 3), W = W(λ 1, λ 2, λ 3) (10) 여기서, Right Cauchy-Green 변형률 C 의불변량은다음과같다.,, (11) C 의고유값 (Eigenvalues) 이 C 1, C 2, C 3 라고하면, I 1 = C 1 + C 2 + C 3, I 2 = C 1C 2 + C 2C 3 + C 3C 1, I 3 = C 1C 2C 3 (12) 이 C의고유벡터 (Eigenvector) 는주연신율방향과같으므로, 식 (12) 를다음과같이주연신율로나타낼수있다. 변형률에너지함수를 C의불변량으로표현하는 Rivlin 함수와주연신율로표현하는 Ogden 함수가초탄성재료에주로사용되고있다. 1 Rivlin 함수 (13) 2 Ogden 함수 3.1 기계적물성시험 (14) 3. 실험및해석방법 단축인장시험 (Uniaxial tensile test) 을위한시편은 KS M 6518 아령형 3호시편으로시편형상은두께 2mm인 Fig. 1과같은시편을사용하였다. 시편은인장되는양을측정하기위하여시편의평행부분에그중앙부를중심으로눈금거리가 20mm가되도록눈금선을정확하고선명하게그어변형량을측정하였다. 시험기는최대하중의지시장치를갖추고아령형시편에대하여는자동적으로죄는집게를구비한인장시험기 (Tensometer 10ton, Monsanto, USA) 를사용하였다. 단축인장시험의온도조건은상온에서실시하였으며, 시험속도는 500 ± 25mm/min으로

3 자동차용엔진마운트의피로거동에관한연구 47 있는경도 Hs 50, 55, 60인천연고무 (NR) 를사용하였으며, 화학조성비는 Table 1과같다. Fig. 1 Dimension of tensile specimen (unit: mm) 하여, 500% 변형률범위에서 10% 인장단위로인장응력을측정하고, 고무재료의인장응력- 변형률선도를구하였다. 단축압축시험 (Uniaxial compression test) 을위한시편은 KS M 6518 원통형시편으로두께 ± 0.13mm, 지름 29.0 ± 0.2mm의원기둥형상의시편을사용하였다. 시험기는압축력이작용하고, 또압축방향을지정할수있는것으로시편의줄음을측정할수있는구조인 10Ton 방진고무특성시험기 (Saginomiya, Japan) 를사용하였다. 줄음의측정에사용하는다이얼게이지는 KS B 5206에규정한것을사용하였다. 단축압축시험의온도조건은상온에서실시하였으며, 시험속도는 5mm/min 으로하여, 50% 변형률범위에서고무재료의압축응력-변형률선도를구하였다. 압축판과시편사이의마찰을줄이기위해압축판을연마하고, 그리스 (Grease) 로서윤활상태를유지하였으며, 평형도 0.05mm 정밀도를가진것을사용하였다. 순수전단시험 (Pure shear or planar tension test) 을위한시편은 ISO 1827에서정의된시편으로시편형상은 Fig. 2와같은시편을사용하였으며, 사용한시험장비는 10ton 방진고무특성시험기를사용하였다. 순수전단시험의온도조건은상온에서실시하였으며, 장착된시편에 5회예비하중을가한후전단속도 5mm/min으로하여, 100% 전단할때까지고무재료의전단응력- 변형률선도를구하였다. 고무시편의재료는자동차용방진고무에가장많이사용되고 3.2 고무피로시편의피로시험방진고무제품의피로수명을예측하기위해서는우선동일한고무재료의피로수명선도가있어야한다. 고무재료의내구수명을평가하기위하여종래의덤벨형시편을이용할경우, 시편의피로시험과제품의피로시험결과와의상관성유지가어렵다. 따라서, 본연구에서는부품의피로하중에의한최대인장변형률을재현할수있는모래시계형고무피로시편을제작후피로시험을수행하여부품의내구수명을평가하는데이용하고자한다. 고무피로시편의기본형상은 Fig. 3a, 3b에서보는바와같이양단에강판 (Steel) 을접착한후가황시킨원통형고무로중심부형상은고무부품의내구시험결과와변형분포상태로부터다음조건을만족하도록설계하였다. 1 반복하중에의한이완이발생하지않고, 압축ㆍ인장변형이가능하여야한다. 2 변형에의한변형률분포가비교적완만하여야한다. 3 최대인장변형률발생부위가어떠한변형에도일정하여야한다. Fig. 2 Dimension of pure shear specimen (unit: mm) Table 1 Chemical composition of rubber Element Composition Element Composition SMR-GP (Rubber) 65.70% CZ (Acceleration) 1.05% FEF (Carbon) 22.36% S (Sulfer) 0.98% Fig. 3 (a) Schematic diagram of an hourglass specimen (unit: mm). (b) Configuration of an hourglass specimen for fatigue test and a main crack on the specimen

4 48 서창민 오상엽 박대규 장주호 고무피로시편의곡률반경 R은시험데이터의산포를줄이기위해서곡률반경치수가큰쪽이바람직하지만방진고무의변형량과변형률범위를고려하여곡률반경은 20mm로설정하였다. 시편은프레스금형성형법에의해제작되어지므로금형면에금형분할선 (Parting line) 부위를가지고있어균열발생의원인이된다. 따라서금형분할선인근에서최대변형률발생부위가일치하지않도록단축에위치하도록하였으며, 단면의형상은타원으로하였다. 경도 (Hs) 변화에따른고무피로시편의피로수명을파악하기위하여피로시험을수행하였다. 시험에사용된시편은천연고무 (NR) 인 Hs 50, 55, 60의 3종류이며, 시험기는변위제어를할수있는피로시험기 (Dynamic Servo, Japan) 를이용하였다. 고무피로시편의피로시험은상온에서실시하였으며, Fig. 3a 의 P 방향으로한축을고정하고다른한축을평균변위가 7.5mm 가되도록 10~25mm 범위에서변화시키면서정현파 (Sinewave) 진동을부가하였다. 시험속도는자동차용방진고무의시험규격인 3.33Hz로실시하였으며, 시험조건은 Table 2와같다. 그리고파손의판단기준은균열이발생하여시편의최대하중이초기하중의 80% 까지감소하는경우를파손으로간주하였으며이때의사이클수를피로수명으로정의하였다. Table 2 Test conditions of an hourglass specimen No Displacement (mm) 1 2.5~12.5 Mean Frequency Amplitude displacement (mm) (Hz) (mm) ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ Table 3 Test conditions of an engine mount No Displacement (mm) 1 3.6~11.4 Mean displacement (mm) Frequency (Hz) Amplitude (mm) ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 엔진마운트제품의피로시험 엔진마운트에사용되는고무부품이일정진폭의반복하중을받을때피로균열이발생하고, 진전하여파단에이르는피로거동을파악하기위하여 Fig. 4와같은피로시험을수행하였다. 이를위해반복하중을받는엔진마운트고무부품의적절한피로수명을정의하고, 반복하중의크기에대한피로수명을파악하여고무부품의피로강도를도출하며, 해석적인방법및고무피로시편을이용한예측피로수명과의상관관계를본연구에서규명한다. 시험에사용된제품은경도 Hs 55인천연고무엔진마운트이며, 시험기는변위제어를할수있는시험기를사용하였다. 제품의피로시험은상온에서실시하였으며, 제품을브라켓 (Bracket) 에조립후시험기에고정하고중심볼트를수직방향으로평균변위가 7.5mm가되도록 9~24mm의범위에서변화시키면서정현파 (Sinewave) 진동을부가하였다. 시험속도는자동차용방진고무의시험규격인 3.33Hz로실시하였으며, 시험조건은 Table 3과같다. 파손의판단기준은균열이발생하여시험편의최대하중이 80% 까지감소하는경우및균열깊이가 3mm 이상이되었을때파손으로간주하였으며, 이때의사이클수를피로수명으로정의하였다. Fig. 4 Fatigue test of an engine mount 3.4 고무피로시편의유한요소해석고무부품의피로수명을평가하기위해서는부품에대한피로시험을수행하거나실제사용환경에서실차시험을수행하여야하는데이는시간이나경제적으로많은제약을수반한다. 따라서, 본연구에서는 3차원모래시계형시편에대한피로시험과유한요소해석 (Finite Element Analysis; FEA) 을통하여고무부품의피로수명을예측하고자한다. 즉간단한부품으로간주되는모래시계형시편에대한유한요소해석으로부터피로수명을예측하였다. 예측한모래시계형시편의피로수명은모래시계형시편의피로시험을통하여검증하였다. 시험에사용된고무재료는경도 Hs 50, 55, 60의천연고무로서자동차용엔진마운트에주로사용되고있다. Fig. 3의모래시계형시편에대하여유한요소해석을수행하

5 자동차용엔진마운트의피로거동에관한연구 엔진마운트제품의유한요소해석제품의선정은자동차에적용되고있는엔진마운트를선정하였으며, 이제품은자동차엔진에서발생되어지는진동과소음이차체에전달되는것을방지하므로써승객이받을수있는소음및진동을억제하여승차감을향상시켜줌과동시에엔진을차체에지지하는두가지역할을하고있다. Fig. 6은엔진마운트의유한요소해석모델이며, 해석시간의단축을위하여엔진마운트의고무부위만을모델링하여해석을수행하였다. 제품에사용한요소는축대칭 (Axis-symmetric) 요소를사용하였으며, 고무의비압축성을고려한 Full & Herrmann 4절점요소를사용하였다. 절점개수는 909개, 요소개수 829개이며, 경계조건은외측주케이스 (Main case) 를고정하고, 내측중심볼트를주방향 (Y 방향 ) 으로최대인장변위는 24mm로부가하였으며, 최대압축변위는 9mm로부가하였다. 4. 연구결과및고찰 Fig. 5 FE model of an hourglass specimen 여최대변형률을계산하여그결과를실험과비교하였다. 고무재료상수는 Ogden 모델을이용하였다. Fig. 5는모래시계형시편의유한요소모델이며, 대칭성을고려하여 1/2만모델링하였다. 전체시편에사용한요소는 8절점 4면체요소이며, 비압축성요소를묘사할수있는 3D Full & Herrmann Formulation 의요소형 (Element type) 을사용하였다. 절점개수는 8,336개, 요소개수는 7,500개이며경계조건은축대칭경계조건을사용하였다. 윗면의단축, 장축방향변위는구속하고길이방향 (Y 방향 ) 최대인장변위는 25mm로부가하였으며최대압축변위는 10mm로부가하였다. 4.1 기계적물성시험결과유한요소해석을위한고무의재료상수를결정하기위해서는일반적으로단축인장, 단축압축및순수전단시험의결과로얻어진응력-변형률선도로부터구해진다. 본연구에사용된재료는천연고무인 Hs 50, 55, 60 이고, 단축인장시험결과 (500% conditioning), 단축압축시험결과 (50% conditioning) 및순수전단시험결과 (100% conditioning) 를 Fig. 7에나타내었다. 기계적물성시험결과를고찰하면경도가증가할수록강성 (Stiffness) 이높게나타나고있다. 그리고하중과변형이비선형관계를나타내고, 대변형범위에서도탄성거동을나타내는초탄성 (Hyper-elastic) 특성을나타내고있다. 4.2 유한요소해석을위한재료상수고무재료상수를구하기위하여기본적으로인장시험결과만을이용하기도하지만이렇게얻어진상수는이것으로예측한순수전단응력- 변형률관계가매우높게나오는우려를범할수있다. 따라서단축인장, 단축압축, 순수전단시험결과를동시에이용하여야한다. Fig. 8에는고무의경도 (Hs 50, 55, 60) 에따라단축인장시험, 단축압축시험및순수전단시험을실시하여인장시험결과와커브피팅에따른응력-변형률선도결과를예로서나타내었다. 유한요소해석에서사용하는변형률에너지함수 (W) 는식 (15), 식 (16) 과같이연신율불변량함수인 Mooney-Rivlin 2항모델과주연신율함수인 Ogden 3항모델이대표적이다. 이러한계수값들은최소자승법 (Least square method) 으로구할수있다. W = C 10(I 1 3) + C 01(I 2 3) (15) (16) Fig. 6 FE model of an engine mount Mooney-Rivlin 함수모델로커브피팅을할때에는이모델의

6 50 서창민 오상엽 박대규 장주호 Fig. 8 Curve fitting of rubber (Hs 55) Table 4 Constants of ogden and Mooney-Rivlin of NR Shore hardness (Hs) Mooney_ Rivlin (MPa) Bulk modulus Ogden model µ (MPa) α 50 C01 = C10 = ,876.0 µ 1 = µ 2 = µ 3 = α 1 = α 2 = α 3 = C01 = C10 = µ 1 = µ 2 = µ 3 = α 1 = α 2 = α 3 = C01 = C10 = ,192.4 µ 1 = µ 2 = µ 3 = α 1 = α 2 = α 3 = 는정해진변형률범위의 70% 이상에서의급상승한응력으로인하여전체구간의커브피팅에영향을준다. 따라서안정화시킨재료는 Ogden 모델이적절하며, Mooney 모델을이용할때에는이영역을고려해주어야한다. Table 4는시험조건구간에따라얻어진 Ogden 상수및 Mooney-Rivlin 상수값들이다. Fig. 7 Rubber material tests (a) uniaxial tensile test (b) uniaxial compression test (c) pure shear test 직선화특성을가지고있다. 따라서변형률이커질수록응력- 변형률의비선형이증가하여시험오차의절대량이커지며변형에너지함수의절대값도증가하므로피팅에따른오차가커지게된다. 이러한특징으로시험조건 (Conditioning) 에의한고무재료 4.3 고무피로시편의피로시험결과고무소재의경도와변형률이피로수명에미치는영향을검토하고, 적합한피로손상변수를규명하기위하여변위제어시험기를이용하여피로시험을수행하였다. 피로시험은 3종류의서로다른천연고무 (Hs 50, 55, 60) 의시편에대하여각각평균변위가 7.5mm가되도록 10~25mm의범위에서변화시키면서피로시험을수행하였다. Fig. 9는기계적물성시험을통하여얻어진재료상수를이용하여 Hs 55 모래시계형시편에대한하중-변위선도를나타내었다. 결과를고찰하면실측정결과와유한요소해석으로부터얻어진결과가오차범위에서일치하고있기에, 유한요소해석을위한재료상수의적합성이검증되었다. 이러한결과를토대

7 자동차용엔진마운트의피로거동에관한연구 51 Fig. 9 Experimental and predicted L-D curve in tensile and compression test Fig. 11 Relation of strain and displacement for an hourglass specimen Fig. 12 Results of fatigue test (a) max. Green-Lagrange strain (b) amplitude of displacement Fig. 10 Green-Lagrange strain distribution (a) under tension (b) under compression 로모래시계형시편에대한유한요소해석의신뢰성과피로시험의신뢰성을얻을수있었다.

8 52 서창민 오상엽 박대규 장주호 Fig. 10은고무의대변형에서널리사용되어지고있는 Green-Lagrange 변형률분포도를나타내고있다. 여기에서최대변형률이발생하는곳은대칭면에서가장먼쪽에서발생되어지고있다는것을보여주고있다. Fig. 11에서는변형률- 변위관계도로서피로수명예측을위한데이터로사용되어지는값이다. 하중이인장인경우에는최대변형률을사용하며, 압축시에는최소변형률값을취하는방법을사용하여피로수명평가를수행하였다. 피로시험후전자현미경 (Scanning electron microscope; SEM) 을이용하여시편의파단면을관찰하였으나, 일반금속류에서와같이균열생성및성장현상은명확하게확인되지않았다. 그이유는고무는균열이발생하면급진적으로성장하여파단되는특성을나타내기때문이다. Fig. 12는변위제어시험결과로서 3종류의서로다른천연고 무 (Hs 50, 55, 60) 의모래시계형시편에대하여최대변형률과경도변화에따른변위진폭과피로수명과의관계를나타낸것이다. 변위진폭이클수록그리고경도가높을수록수명이감소함을알수있다. 4.4 엔진마운트제품의피로시험결과 4.3항고무피로시편의피로시험결과가제품에도적용가능한지검토하기위하여천연고무 (NR) Hs 55인엔진마운트에대하여모래시계형시편과동일하게각각평균변위가 7.5mm 되도록 9~24mm 범위에서변화시키면서피로시험을수행하였다. Fig. 13은엔진마운트의 Center boss 부위의압축변위 10mm, 15mm를받았을때의최대변형률분포도를보여주고있으며, 최대변형률이발생되어지는부위가실제부품의피로시험시파손되어지는부위와일치하는것을볼수있으며, 고무부위의유한요소해석의신뢰성을확인할수있었다. Fig. 14는제품시험하중- 변위선도를나타내어주고있으며, Fig. 15는제품의최대변형률-변형길이로나타낸그래프이다. Fig. 16은변위제어시험결과로서천연고무 (NR) Hs 55인엔진마운트에대하여최대변형률과경도변화에따른변위진폭과피로수명과의관계를나타낸것이다. 변위진폭이클수 Fig. 14 Experimental and predicted L-D curve in tensile test Fig. 13 Green-Lagrange strain distribution (a) displacement: 10mm (b) displacement: 15mm Fig. 15 Strain-displacement relation of an engine mount

9 자동차용엔진마운트의피로거동에관한연구 53 시편과제품의변형률-반복수 (ε-n) 선도를비교하였다. 그결과가잘일치하고있음을확인하였고, 실제엔진마운트류에대한제품설계시유한요소해석을실시하여, 설계초기단계에서제품의피로수명을예측가능하게하였다. 5. 결론 Fig. 16 Results of fatigue test (a) max. Green-Lagrange strain (b) amplitude of displacement 본연구에서는고무의비선형과대변형의특수한성질로인하여방진고무제품에대한 CAE 기술적용의어려움을해소하고자 3가지재료시험 ( 단축인장시험, 단축압축시험, 순수전단시험 ) 에의한재료상수를결정하여, 고무의유한요소해석을실시하였다. 또한이연구결과 3가지경도 (Hs 50, 55, 60) 의고무 (NR) 피로시편및엔진마운트제품 (Hs 55) 의피로시험결과를비교검토하므로써다음과같이피로수명예측이가능하게되었다. (1) 방진고무 (NR 50, 55, 60) 의유한요소해석에사용할재료상수를 Ogden 모델로결정하여 Bulk modulus, µ, α와같은재료상수를정의하였다. (2) 피로균열발생지점이유한요소해석결과와고무피로시편및엔진마운트제품의피로시험결과와일치하여방진고무설계시 CAE 기술적용이가능함을확인하게되었다. (3) 고무피로시편과엔진마운트제품의변형률-반복수 (ε-n) 선도에서각제품의피로시험결과는비교적정확하게일치하여본연구의목표인설계초기단계에서도 CAE 기술을적용하면짧은시간에비교적정확하게각종엔진마운트류의피로수명예측이가능하게되었다. (4) 피로시험결과로부터변위진폭이클수록경도가높을수록피로수명이감소함을알수있었다. 참고문헌 Fig. 17 Results of fatigue test (hourglass specimen vs engine mount) 록피로수명이감소함을알수있다. Fig. 17은유한요소해석을수행하여자동차용엔진마운트에대한피로수명이예측가능한지를검증하기위하여고무피로 김세호, 이형욱, 허훈외 (1996). 등속조인트부트의유한요소해석및설계변경에의응용, SAE 추계학술대회, pp 신수정, 오수익, 이태수 (1997). 고무패드성형법의유한요소모델링, KSME 춘계학술대회논문집 (I), pp ASTM D412 (1998). Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers-Tension. Campion, R.P. and Gent, A.N. (1992). Engineering with Rubber, Oxford University Press, New York, Rubber Division of the American Chemical Society, Edited by Gent. Alan. N. KS M6518 (1996). 가황고무물리시험방법-인장시험. Riu, R.C. (1997). SAE Fatigue Design Handbook, 3rd ed, SAE, pp Smith, E.H. (1994). Mechanical Engineer's Reference Book, 12th ed., pp 년 7월 3일원고접수 2009년 9월 3일심사완료 2009년 10월 19일게재확정

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