Mode III 피로시험법 및 필시험법 개발과 이를 이용한 타이어 시편의 내구성 평가에 관한 연구
Development of a Mode III Fatigue Test Method and a Peel Test Method and a Study on the Durability of Tire Specimens Using the Methods
- 주제(키워드) Mode III 피로시험 , 필시험 , 균열진전 , 균열에너지 , 온도 노화
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 정현용
- 발행년도 2010
- 학위수여년월 2010. 2
- 학위명 석사
- 학과 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000045894
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교의 논문은 저작권에 의해 보호받습니다
초록/요약
타이어는 고무를 모재로 하여 각종 보강재가 삽입되어 있는 복잡한 형태를 가진 구조물로서, 차량을 지지하고 있는 유일한 부분이기 때문에 파단 시 승객의 안전에 큰 영향을 미친다. 따라서 타이어의 내구성을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 이를 위해서는 타이어에 대한 내구성 평가가 정확히 이루어져야 한다. 타이어 내구성 평가 방법에는 해석적인 방법과 실험적인 방법이 있는데, 균열을 진전시키는 물리량인 에너지방출률을 수치적인 기법으로 구하는 해석적인 방법은 타이어의 내구 수명을 비교적 정확하게 예측하는 반면, 타이어에서 채취한 시편을 통한 시험법은 신뢰성 있는 결과를 주지 못하고 있다. 그러므로, 실제 타이어의 내구성을 비교하고 내구 수명을 정확하게 예측하기 위한 타이어 시편 시험법이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 본 논문에서는 새로운 타이어 시편 시험법을 개발하여 타이어 간의 내구성을 정량적으로 측정, 비교하고 타이어의 내구 수명을 예측할 수 있는 방법에 관한 연구를 진행하였다. 피로 시험과 관련해서는, 실제 타이어의 하중 조건을 고려한 타이어 시편 피로 시험 장치를 개발했으며 온도에 의한 노화(aging) 영향, 타이어에서의 시편 채취 방향(벨트 방향), 벨트의 강성 등의 차이를 고려하여 시험을 수행하였다. 그 결과 열챔버(항온조)에서 사전 노화 과정을 겪은 후 온도 챔버에서 피로 시험을 수행한 시편이 상온에서 피로 시험을 수행한 시편에 비해 균열 진전 정도가 컸고, 채취 방향과 벨트의 강성 등은 상대적으로 그 영향이 작았다. 따라서, 균열 진전을 가속화시키는 주된 요인은 온도에 의한 노화라고 판단된다. 필 시험과 관련해서는, 고무의 균열에너지를 정확히 측정할 수 있는 타이어 시편 필 시험 장치를 개발하였고, 이를 통해 타이어 시편 채취 방향에 관계없이 비슷한 필 시험 결과를 얻을 수 있었다. 또한 피로 시험이 종료된 시편에 대하여 필 시험을 수행한 결과, 열챔버(항온조)에서 온도에 의한 노화가 이루어진 후 온도 챔버에서 피로 시험을 수행한 시편이, 상온에서 피로 시험을 수행한 시편에 비해 균열에너지가 많이 감소한 것을 확인하였다. 따라서, 타이어의 내구 수명 향상을 위해서는 고온에서 임계 균열에너지(R값)가 적게 감소하는 고무의 개발이 필요하다고 판단된다.
more초록/요약
A tire is a complicated structure composed of mainly rubber and various reinforcements, and the only part which supports the vehicle. Thus, the failure of a tire affects the passenger’s safety significantly. Much research is on the way to improve the tire durability, and it needs to estimate the tire durability accurately. There are two ways to estimate the tire durability, analytical methods and experimental methods, and the former may predict the tire fatigue life fairly good by the numerical method using ERR(Energy Release Rate), a physical quantity which makes the crack propagate, but the latter cannot give reliable results so far. Therefore, it is required to develop a tire specimen test method to compare the durability with the real tire and to predict the tire fatigue life accurately. In this thesis, a study to develop a new test methodology of tire specimens and to measure the tire durability quantitatively to predict the tire fatigue life was performed. Regarding the fatigue test, a new fatigue test jig was developed considering the loading conditions of real tires, and the fatigue test was conducted considering the heat aging and temperature effect, tire specimen cutting direction (belt-lying direction) and belt stiffness. As a result, the crack propagation amount of the pre-heat aged specimen on which the fatigue test was conducted in the temperature chamber was bigger than that of the non-aged specimen on which the fatigue test was conducted in the ambient temperature, and the tire specimen cutting direction and belt stiffness rarely affected the crack propagation amount. Regarding the peel test, a new peel test jig was developed by which the tearing energy of rubber could be measured accurately, and the reasonable results were obtained regardless of tire specimen cutting direction. In addition, by conducting the peel test for the specimen on which the fatigue test had been conducted already, it was shown that the tearing energy of the pre-heat aged specimen on which the fatigue test had been conducted in the temperature chamber was smaller than that of the non-aged specimen on which the fatigue test had been conducted in the ambient temperature. Thus, it needs to develop rubber of which the critical tearing energy does not decrease in the high temperature to improve the tire durability.
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