구형압입을 이용한 초탄성 고무의 물성평가 : Evaluation of Material Properties of Hyper-elastic Rubber by Spherical Indentation
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 이형일
- 발행년도 2007
- 학위수여년월 200702
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 기계공학
- 식별자(기타) 000000103736
- 본문언어 한국어
초록/요약
구형 압입자를 이용한 압입시험법은 기존의 시험법들이 적용되기 어려운 부위의 재료 물성치를 빠르고 간단하게 파악할 수 있는 시험법이다. 또한 별도의 시편을 준비하는 과정 없이 현재 사용되고 있는 제품을 곧바로 시편으로 사용할 수 있으며 인장시험이나 압축시험과 달리 시편이 파괴되거나 변형되지 않는다는 장점이 있다. 이에 본 연구에서는 구형 압입시험을 통한 고무의 물성 평가를 시도하였다. 먼저 유한요소 해석을 통해 주요 물성계수들이 하중-변위 데이터에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 통하여 단위부피당 변형에너지 및 주불변량이 변하지 않으며 마찰계수의 영향을 받지 않는 적절한 압입 깊이를 설정하였다. 또한 단위부피당 변형에너지 및 첫 번째 불변량과 관련된 무차원 함수를 설정하여 이미 알려진 고무모델에 적용하였다. 마지막으로 이를 통해 얻은 물성계수를 압입시험의 전산 모사 결과를 통해 검증하였다. 위 과정을 통해 얻은 물성계수를 바탕으로 공칭응력-공칭변형률 데이터를 얻을 수 있으며 이는 유한요소해석 상용 패키지에서 주는 고무의 공칭응력-공칭 변형률 데이터와 거의 일치하는 모습을 보인다.
more초록/요약
An instrumented spherical indentation test is a well-directed method to measure material properties. It can be tested with the product itself rather than with a standard specimen. This new spherical indentation approach produces the rubber material properties in a manner more effective than the common uniaxial tensile / compression tests. Therefore in this paper we tried to evaluate the properties of rubber by spherical indentation. First, we analyze the effect of main material coefficients on the load vs. deflection curve data obtained from FEM analysis. Then we set up the new indentation depth which is not influenced by deformation energy per unit volume, main invariable and frictions coefficient. Also, we contrive the non-dimensional function related to stain energy per unit volume and first invariant. We applied theses functions to well-known rubber models. Finally, we verify the material coefficient calculated from new method, using indentation simulation via FEM analysis. We acquire the nominal stress and strain from the material coefficient which is based on new method. On this background it is well corresponded with nominal stress-strain curve of rubber from commercial FEM packages.
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