Sheet Molding Compound 재료 적용 테일게이트의 섬유 배향을 고려한 강성 예측

Abstract

본 논문은 단유리섬유가 함유된 열경화성 플라스틱 복합재료인 Sheet Molding Compound 재료를 적용한 자동차 후미 테일게이트 내장부품에 대해 부품내 섬유배향에 따라 이방성 기계적 성질을 이론적으로 접근하여 부품의 강성을 연구한 결과이다. 일반적으로는 Sheet Molding Compound를 적용한 부품의 경우 부품내 섬유 배향이 다름에도 불구하고 등방성으로 가정하여 해석을 통해 부품의 기계적 거동을 예측하거나 특정 방향으로 배향된 시편을 실험하는 연구는 많은 반면, 복잡한 지오메트리내에 다양한 방향의 섬유배향을 고려한 연구는 부족한 실정이었다. 본 연구를 통해 Sheet Molding Compound 적용 부품에 대한 성형해석을 수행하여 부품내 단유리섬유 배향을 예측하고, 부품내 국부적으로 서로 다른 섬유 배향 결과를 바탕으로 복합재의 기계적 물성을 예측하는 이론을 이용하여 국부적으로 서로 다른 기계적 물성 데이터를 확보하였다. 그리고 국부적으로 서로 다른 기계적 물성을 구조해석 모델에 적용하여 등방성으로 적용한 결과와 비교하였다. 이방성을 고려한 결과와 등방성으로 적용한 결과를 비교하였을 경우 부품의 굽힘강도에는 차이가 있음이 나타났으며, 또한 부품 성형을 위해 Sheet Molding Compound 재료의 배치를 변경함에 따라서 섬유배향이 바뀌기 때문에 강도에 차이가 있음이 나타났다. 이를 기반으로 다양한 단섬유 복합소재의 강도 평가에 있어 이방성을 고려해야 할 것을 제시한다.; This paper is the result of studying the stiffness of parts by theoretically approaching the anisotropic mechanical properties according to the fiber orientation in the parts of automotive tail gate using Sheet Molding Compound which is a thermoset plastic composite material containing chopped glass fiber. In general, in the case of parts using Sheet Molding Compound, there are many studies to predict the mechanical behavior by assuming the isotropy despite the different fiber orientation in the parts, or testing the specimen with high aligned fiber orientation. However, it was not enough to study the fiber orientations for parts having complex geometry. Through this study, we predicted the orientation of fiber glass in the parts by performing the molding analysis on the parts using Sheet Molding Compound. Based on the results of different fiber orientations locally in the part, we obtained locally different mechanical properties data using the theory that predicts the mechanical properties of composites. And the results are compared with those of isotropic application by applying different local mechanical properties to the structural analysis model. When the result of considering the anisotropy is compared with the results of isotropic application, there is a difference in the bending strength of the parts. Also, since the fiber orientation is changed by changing the position of the sheet molding compound material for molding the part. Based on this, it is suggested that anisotropy should be considered in the stiffness evaluation of various chopped fiber composite materials.