타이어 내구성 평가에 관한 연구 : Evaluation Method of the Tire Durability using Finite Element Method
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 정현용
- 발행년도 2007
- 학위수여년월 200702
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 기계공학
- 식별자(기타) 000000103572
- 본문언어 한국어
초록/요약
기존에는 FEM(Finite element method)을 사용한 타이어의 내구 수명 예측에 관한 연구들이 진행되었다. 하지만 기존의 연구들에서는 타이어의 내구 수명을 2D model을 사용하여 예측하였다는 단점을 지니고 있다. 본 논문에서는 3D model을 사용하여 타이어의 내구 수명을 예측하였다. 또한 타이어에는 하중으로 인한 압축력이 존재하게 되고 특히 타이어의 벨트부분에 큰 압축력이 작용한다. 이런 압축력으로 인해 벨트 부에 생성되어 있는 균열면에 마찰이 존재하게 된다. 하지만 기존의 연구들에서는 타이어에 벨트부의 균열면에 작용하는 마찰에 대한 고려가 이루어지지 않았다. 균열면에 작용하는 마찰은 내구 수명에 좋은 영향과 나쁜 영향을 미치게 되는데, 전자는 마찰력이 균열의 진전속도를 늦춘다는 것이고, 후자는 마찰열의 발생으로 인해 타이어 내부의 온도 상승을 가져온다는 것이다. 이 논문에서는 기존의 연구에서 간과하였던 마찰의 효과를 고려한 내구 수명 예측 방법을 제안하였다. 또한 기존의 연구들에서는 균열의 초기 생성위치에 대한 검증을 수행하지 않았으나, 본 연구에서는 CED(Cracking Energy Density)를 사용하여 균열의 초기 생성 위치를 예측하였다. 본 논문의 내용은 첫째로 마찰이 균열 진전속도를 억제시키는 효과를Simple모델을 사용하여 알아보고 그 결과를 J-Integral과 비교 검증하였다. 둘째로, CED를 사용하여 초기균열의 생성 위치를 예측하였고, 실제 타이어 3D model을 사용하여 압축력에 의한 마찰을 고려한 VCCT를 적용하였다. 이를 바탕으로 타이어의 내구 수명을 예측하고 실제 내구 시험 결과와 비교해 보았으며 Effective G의 개념을 제안하였다. Effective G를 사용한 타이어의 내구 수명 예측 결과를 시험 결과와 비교하여 제안된 내구 수명 예측 방법이 신뢰성 있는 결과를 가져옴을 확인하였다. 마지막으로 마찰열을 고려한 온도해석을 수행해, 마찰열의 효과가 온도 상승에 미치는 영향을 살펴보았으며, 타이어 내구 수명 예측에 마찰 고려의 필요성을 확인하였다.
more초록/요약
In order to find out a physical quantity which controls the fatigue life of a structure and to predict the fatigue life of tires, a finite element simulation methodology to use the crack energy density (CED) and the virtual crack closure technique (VCCT) was proposed and applied to three different tires of a similar size. CED was calculated to predict the location of a crack initiation, and VCCT was used to obtain the energy release rate (ERR) at the tip of an initiated crack. Finite element simulations showed that ERR oscillated in the circumferential direction with its minimum occurring just before the contact zone and its maximum occurring just after the center of the contact zone, and ERR was affected significantly by the frictional force acting on the crack surface. Also In this paper Fatigue life of the tire is estimated by using the ERR and Paris’ law and proposed the effective G. The result of the estimation using effective G shows that the proposed methodology has the good correlation with the test data. Also Temperature Prediction of the tire considering the frictional energy is conducted and it show that temperature of the tire especially the belt region is increased significantly by considering the frictional energy.
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