CBNR의 피로 수명 예측을 위한 기존 예측 인자와 새로운 예측 인자의 비교
- 주제어 (키워드) 카본블랙 충전 고무 , 피로 수명 , 다축 하중 , 예측 인자 비교
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 정현용
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000079600
- UCI I804:11029-000000079600
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
CBNR의 피로 수명 예측을 위한 기존 예측 인자와 새로운 예측 인자의 비교 Carbon-black-filled natural rubber(CBNR)은 다양한 분야에서 오랫동안 사용된 재료이지만 부품 단위에서 검증된 피로 수명 예측 방법론이 없는 상황이다. 때문에 현재 다양한 피로 수명 예측 인자들이 개발되어 있지만 실제 산업에서 사용되는 부품의 피로 수명을 확인하기 위해서는 오랜 시간이 요구되는 부품 피로 시험 과정을 반드시 거쳐야 한다. 뿐만 아니라 적절한 시험 protocol 을 만드는 과정 또한 부품마다 trial-and-error 식으로 진행해야 하므로 소모적이고 이론에 기반하지 않기 때문에 예측된 수명과 실제 작동 조건하에서의 수명에 차이가 있을 때 원인을 파악하기가 어렵다. 이러한 문제 상황은 많은 부분 다축 하중(multiaxial loading) 조건 하에서 피로 수명을 정확히 예측하는 피로 수명 예측 인자(fatigue life predictor)가 무엇인지 명확하지 않다는 것에 기인한다. 실제 부품의 작동 조건에서는 다축 하중을 포함해 다양한 하중 모드가 발생하기 때문에 이런 다양한 모드를 모두 아우를 수 있는 피로 수명 예측 인자를 확인하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 현재까지 개발된 여러 다축 하중 피로 수명 예측 인자들을 그 특징에 따라 분류하고 FEA를 이용한 fatigue test simulation 과 실제 physical test 결과를 비교하는 식으로 성능 평가를 진행했다. 이 때 여러가지 하중 모드를 활용해 각각의 predictor 가 어떤 상황에 적합한지 분석했다. 또한 현재까지 개발된 예측 인자의 한계를 극복하기 위해 새로운 예측 인자를 제안했다. 비교 분석 결과 모든 하중 모드를 포함했을 때 새로 개발된 예측 인자의 성능이 가장 우수했다. 다축 하중을 제외했을 경우에는 기존에 개발된 예측 인자 중 하나인 변형 에너지 밀도의 오차가 가장 작았다. 그 외에도 상황에 따라 적합한 예측 인자가 무엇인지 확인할 수 있었다.
more초록 (요약문)
Carbon-black-filled natural rubber (CBNR) has long been used in various industries, yet a validated methodology for predicting fatigue life at the component level is still lacking. Although numerous fatigue life predictors have been developed, verifying the fatigue life of industrial components requires time-intensive fatigue testing processes. Additionally, designing appropriate test protocols often relies on trial-and-error methods for each component, making the process resource-intensive and disconnected from theoretical foundations. This disconnect complicates identifying the root causes when discrepancies arise between predicted and actual fatigue life under operational conditions. This challenge stems largely from the lack of clarity regarding which fatigue life predictor is most accurate under multiaxial loading conditions, which frequently occur in real-world component operations. Given the diverse loading modes encountered in practice, identifying a fatigue life predictor capable of encompassing these variations is critical. This study categorizes existing multiaxial fatigue life predictors based on their characteristics and evaluates their performance by comparing results from finite element analysis FEA-based fatigue test simulations with physical test outcomes. Various loading modes were applied to analyze the suitability of each predictor under different conditions. Furthermore, to address the limitations of existing predictors, a new fatigue life predictor was proposed. The comparative analysis revealed that the newly developed predictor demonstrated superior performance across all loading modes. When multiaxial loading was excluded, one of the existing predictors, strain energy density, exhibited the smallest error. Additionally, the study identified the most appropriate predictors for specific scenarios, providing valuable insights for practical applications.
more목차
I. 서론 1
1.1 연구 배경 및 필요성 1
1.2 선행 연구 1
1.3 연구 목적 및 내용 4
II. 실험 및 해석 방법 6
2.1 Uniaxial fatigue test 6
2.2 FEA 시뮬레이션 7
2.2.1 Uniaxial fatigue test 시뮬레이션 8
2.2.1 Mniaxial fatigue test 시뮬레이션 9
III. Fatigue life predictors 12
3.1 기존 predictor 12
3.2 신규 predictor 13
IV. 결과 및 논의 17
4.1 Fatigue life prediction result under uniaxial loading 17
4.2 재료에 따른 prediction equation 의 sensitivity 22
4.3 Fatigue life prediction result under multiaxial loading 25
V. 결론 35
참고문헌 37
