자동차 인스트루먼트 패널에 사용되는 플라스틱의 크리프 거동

김영삼(Young Sam Kim),전치훈(Chi Hoon Jeon),Erdenebat Tumur-Ochir,염영진(Young Jin Yum) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.12

자동차 인스트루먼트 패널에 사용되는 플라스틱의 온도와 시간에 따른 기계적 거동을 알아보기 위해 시편에 대한 인장 및 크리프 시험을 수행하였다. 여러 가지 온도에서의 물성치를 구한 결과 온도에 따라 물성치가 크게 변화함을 알 수 있었다. 4 가지 하중조건하에서의 3 점굽힘 크리프시험을 수행하고 지수법칙의 시간경화식을 적용하여 각종 계수를 구하고 크리프 거동을 간단한 식으로 표현하였다. 유한요소 크리프 해석 결과 하중이 커짐에 따라 수치해석 결과와 실험 결과가 차이가 커지지만 대체적으로 두 결과가 유사한 것을 확인할 수 있었다. Tensile and creep tests were performed at various temperatures to investigate the mechanical properties of plastics used in automotive instrument panels. Mechanical properties such as Young’s modulus and Poisson’s ratios changed markedly with the test temperature. Three-point bending creep tests were performed for three kinds of plastics under four loading conditions. Coefficients in the time-hardening power law creep equation were obtained from the experiment, and the creep behavior was represented by a simple expression. The results of finite element creep analysis showed good agreement with the experimental results, while the difference between the numerical and experimental results increased with the load.

균일응력 경계조건을 받는 유한평판의 원공으로부터 균열해석

염영진 울산대학교 1986 연구논문집 Vol.17 No.1

균열이 있는 원공을 가진 유한평판이 균일응력을 받을 때 균열길이가 응력확대계수와 응력, 변위에 미치는 영향을 연구하였다. 계산방법은 Bowie에 의해 소개된 Modified Mapping Collocation Method를 사용하였다. 평판의 높이와 폭의 비는 1로 고정하였고 균열길이와 폭의 비는 0.3부터 0.7까지 변화시켰다. 그 결과 균열길이가 증가함에 따라 응력확대수정계수가 증가하였으며 응력과 변위도 큰 변화를 보였다. 또 원공의 반경이 증가할수록, 평판 높이와 폭의 비가 감소할수록 응력확대수정계수가 증가함을 알 수 있었다. The effect of a crack length on the stress intensity factor, stress and displacement distributions has been studied for a finite sheet having a cracked circular hole under a uniform stress boundary condition. The computation was accomplished using MMC(Modified Mapping Collocation) method introduced by Bowie. Height-to-width ratio was fixed to 1 and crack length-to-width ratio varied from 0.3 to 0.7. As crack length increased, stress intensity factor increased and the stress and displacement distribution varied remarkably. As the radius of the hole increased and height-to-width ratio decreased, stress intensity factor increased.

새클부를 고려한 자동차 겹판스프링의 마찰해석

염영진,박준성 울산대학교 2001 공학연구논문집 Vol.32 No.1

유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 자동차용 겹판스프링을 모델링하고 판사이의 마찰에 의해 생기는 하중-변위 히스테리시스 곡선을 재현하여 겹판스프링의 특성을 해석하였다. 상용 트럭의 전륜에 장착되는 스프링에 대한 굽힘시험을 하였고 ABAQUS를 이용하여 접촉뿐만 아니라 마찰까지 고려한 비선형해석을 시도하였다. 또한 스트레인 측정실험은 물론, 동적인 하중하에서의 스프링의 거동에 대해 시험하고, 이를 바탕으로 실제 차량부착시 경관스프링의 거동에 대해 해석을 시도하였다. 섀클의 길이와 각도를 변화시키면 스프링상수값에 영향을 미치게 되는 것을 확인할 수 있었다. 실제로 유한요소 해석을 설계에 이용하기 위해서는 음력집중이 일어나는 센터볼트부를 고려해 3차원 모델링이 필요하며 조립단계의 응력이 고려되어야 한다는 것을 알 수 있었다. Frictional analysis for the automotive leaf spring was performed by using finite element analysis program ABAQUS and the load-displacement hysteresis curve could be successfully simulated which was caused by interleaf friction. Effect of shackle part on the frictional behavior was found to be significant. Compression test was performed for the leaf spring used for front suspension of commercial truck from which load-displacement and load-strain results were obtained. It was found that the spring rate could be controlled by changing the length and the angle of a shackle and static spring rates were in good agreements with finite element results, However, measured strain values and friction forces were different fron those of finite element results because of improper modelling of center bolt part and insufficient consideration of friction factors. 3-D modelling and implementation of exact friction data e.g. initial stress in a leaf and friction in the shackle eye are recommended in order to yield better results.

자동차용 겹판스프링의 특성해석

임영진,유희,강경태 울산대학교 2000 공학연구논문집 Vol.31 No.1

상용 유한요소 해석 프로그램인 MARC를 이용하여 트럭이나 소형버스의 현가 장치로 많이 쓰이는 겹판스프링을 모델링하고 판사이의마찰에 의해 생기는 하중-변위 히스테리시스 곡선을 재현하여 겹판스프링의 특성을 해석하였다. 또한 실제 겹판스프링에 스트레인시스 곡선을 재현하여 겹판스프링의 특성을 해석하였다. 또한 실제 겹판스프링에 스트레인 게이지를 부착하여 각부분에서의 변형률값을 구하고 유한 요소 해석 결과와 비교하였다. 유한요소 해석에서의 하중에 따른 변위값은 거의 유사한 결과를 나타냈지만 변형률에서는 많은 차이를 보였다. 그러나 유한요소 해석에서의 하중-변위 곡선과 시험에서의 하중-변위곡선은 마찰력 차이는 있었지만 정스프링 정수값은 거의 같음을 확인할 수 있었다. Characteristics of leaf spring was analyzed by using commercial finite element analysis program MARC and the load-displacement hysteresis curve was successfully simulated which is occurred by interleaf friction. Compression test was performed to practical leaf springs for trucks from which load-displacement and load-strain results were obtained. It is found that load-displacement hysteresis curve and static spring rate were in good agreement with FEM results. However, meaured strain values and friction force were different from those of FEM results.

FRP 복합재료의 파괴특성평가

염영진 울산대학교 기계부품 및 소재 특성평가연구센터 1999 연구보고서 Vol.1999 No.-

탄소/에폭시 복합재료 적층판의 혼합 모우드 충간분리 연구를 위하여 혼합 모우드 굽힘 시험이 수행되었다. 하중 레버의 하중 레버의 부과점 위치와 시편에 작용하는 굽힘 하중점 위치를 변화시킴으로써 다양한 혼합 모우드 비를 구할 수 있었다. 이론과 시험 및 유한요소 해석을 병행한 결과 이들은 잘 일치하여 일반적으로 사용될 수 있는 시험 방법으로 정립될 수 있음을 확인하였다. A mixed mode bending test was performed to investigate the mixed mode delamination for carbon/epoxy composite material. Various mixed mode ratios could be produced by changing the applied load position on the loading lever and the bending load position on the specimen. A mixed mode bending test was analyzed using beam theory, compliance method and finite element method and the results agreed well with test result which confirmed the validity of this test.

계면이 분리된 복합재료의 기계적 성질 연구

진민철,염영진,주영우 울산대학교 2002 공학연구논문집 Vol.33 No.1

취성기지 복합재료는 섬유와 기지 사이에 층간 비접착을 보이는 경우가 있는데 이것은 복합적층판의 강도 및 강성 저하를 초래하게 된다. 본 연구에서는 유한요소법을 사용하여 복합재료의 기계적 성질에 미치는 비접착과 섬유체적비의 영향을 고찰하였다. 우선 몇 가지 가정 하에 복합재료를 구성하는 섬유와 기지의 형상을 단순화하였고 이웃하는 대표체적요소의 경계를 따라 응력과 변위의 연속조건을 부과하였다. 비접착을 갖는 복합적층판의 탄성계수와 포와송비를 구하기 위하여 강성상수들을 역변환하였다. 수치해석 결과를 혼합법칙 결과와 비교한 결과 일치함을 알 수 있었다. 섬유체적비가 증가함에도 불구하고 비접착각도가 증가하면 기계적 성질이 감소함을 알 수 있었다. Brittle matrix composites often have interfacial debonding between the fiber and matrix which may lead to strength and stiffness degradation. The effects of interfacial debonding and fiber volume fraction on the mechanical properties of composite material were studied by using finite element method. Firstly, the modelling of fibers and matrix constituting the composite material was simplified under some assumptions. Traction and displacement continuity conditions were imposed along the boundary of adjacent representative volume elements. In order to obtain the elastic moduli of composite material, stiffness constants were inverted. Numerical values of elastic moduli were compared with theoretical values obtained by using rule of mixture. Material properties were found to decrease as the debonding angle increased even though the fiber volume fraction increased.

복합적층판의 층간분리의 검출에 대한 연구

염영진 울산대학교 2001 공학연구논문집 Vol.32 No.1

탄소/에폭시 복합재료 적층판의 층과 층 사이에서 발생하는 층간 분리량을 균열 진전에 른 저항변화량을 이용하여 측정하였다. 탄소/에폭시 프리프레그를 16겹, 24겹, 32겹을 적층여 두께 2, 3, 4 mm의 다양한 시편을 제작하였고, 브릿지 회로를 구성하여 Electric Potential Method를 적용하였다. 100 mm까지 균열이 진전할 때 저항 변화량의 경향을 파악한 결과 비선형성을 갖는 것을 알 수 있었고 이 관계를 실험식으로 제시하였다. 이 식을 이용하면 층간분리 발생 가능성이 높은 복합재료 구조물의 취약 부분의 결함을 쉽게 예측, 검사할 수 있을 것이다. The amount of delamination occurring between layers of graphite/epoxy composite laminate was detected by measuring resistance change. Specimens with various thicknesses were made by laminating 16, 24, and 32 plies of graphite/epoxy prepregs, and electric potential method was used by constructing bridge circuit. Resistance change at every 10mm of crack propagation up to 100mm was measured. It was found that nonlinearity existed between the resistance change and crack propagation rate and empirical formulas were proposed. The amount of interlaminar facture in composite structure will be detected and measured more easily with these formulas.

일반궤적법에 의한 복합적층판의 파괴인성평가

염영진,유희 울산대학교 1993 공학연구논문집 Vol.24 No.1

다양한 실험을 통해 섬유강화 복합적층판의 파괴특성을 파악하고 파괴인성 평가방법으로 일반궤적법을 적용하였다. 흑연/에폭시 중앙균열시편, 흑연/에폭시 쌍외괄보 시편 및 유리/에폭시 3점굽힘 시편에 대한 실험을 통하여 일반궤적법은 선형파괴뿐 아니라 비선형파괴에도 적용할 수 있는 일반적인 방법임을 확인할 수 있었다. 또한 쌍외팔보 실험에서 흑연/에폭시 시편에 단섬유가 첨가되면 충간파괴인성이 약 15% 향상됨을 알 수 있었다. Various experiments have been performed to characterize fracture behavior of fiber reinforced composite laminates, and the generalized locus method was applied to evaluate fracture toughness. The generalized locus method was found to be a general method for analyzing both linear and nonlinear fracture preblems through the tests of center cracked graphite/epoxy specimen, double cantilever beam graphite/epoxy specimen and glass/epoxy 3-point bending specimen. Additionally, interlaminar fracture toughness of graphite/epoxy specimen reinforced by random short fibers was found to be greater than that of unreinforced specimen by 15%.

혼합모우드 굽힘시편을 이용한 탄소/에폭시 복합재료의 층간분리해석

염영진,주영우,유희 울산대학교 1999 공학연구논문집 Vol.30 No.1

탄소/에폭시 복합재료의 혼합 모우드 층간분리 연구를 위하여 혼합 모우드 굽힘시험이 수행되었다. 레버를 이용하여 시편에 하중을 가함으로써 모우드 Ⅰ과 Ⅱ 굽힘 하중이 동시에 작용하도록 하였다. 하중레버의 하중부과점 위치와 시편에 작용하는 굽힘하중점 위치를 변화시킴으로써 다양한 혼합 모우드 비를 얻을 수 있었다. 총변형에너지방출율을 모우드 분리하기 위하여 단순보 이론과 컴플라이언스법 그리고 수정된 단순보 이론을 병행적용하였고 그 결과 유한요소 해석 결과와 잘 일치하였다. A mixed mode bending test was performed to investigate the mixed mode delamination for carbon/epoxy composite material. By loading the specimen with a lever, a single applied load could produce mode I and mode II bending loads on the specimen simultaneously. Various mixed mode ratios could be produced by changing the applied load position on the loading lever and the bending load position on the specimen. This test was analyzed using beam theory, compliance method and modified beam theory to decompose total strain energy release rate into the mode I and mode II components. The results agreed well with those of finite element analysis

균열이 있는 원공을 갖는 유한 평판에 대한 경계조건의 영향

염영진 울산대학교 1986 연구논문집 Vol.17 No.1

균열이 있는 원공을 가진 유한평판의 경계조건이 달라짐에 따라 응력확대계수와 응력, 변위분포에 어떠한 영향을 미치는가를 MMC(Modified Mapping Collocation)방법으로 해석하였다. 그 결과 균일변위조건의 경우가 균일응력조건 때보다 응력확대계수의 값이 작았고 그 차이는 균열의 길이가 커짐에 따라 증가하였다. 또 응력과 변위분포도 경계조건에 따라 큰 차이를 보였다. The effect of boundary conditions on the stress intensity factor, stress and displacement distributions has been studied for a finite sheet having a cracked circular hole using MMC(Modified Mapping Collocation) method. Stress intensity correction factor for uniform displacement condition is less than that for uniform stress condition and the difference increases as the crack length increases. Furthermore, the stress and displacement distributions vary remarkably with respect to the boundary conditions.