섬유 메쉬 구조체를 활용한 공기 포일 베어링의 감쇠 특성 향상에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 직조로 만든 직물과 매듭형태의 섬유 와이어로 개발된 섬유 메쉬 구조체(Fiber Mesh Structure)의 동특성 계수 추출에 관한 실험을 진행하였다. 나선형으로 엮어진 섬유와이어가 충분한 강성을 제공하고 모든 파트가 압축되어 있어 마찰 접합점이 극대화되고 마찰 접합부에서의 상대적인 움직임은 쿨롱 댐핑(Coulomb damping) 또는 마찰 댐핑(Friction damping)이 발생한다. 해석 모델을 만들기 이전에 구조 강성과 감쇠를 실험적으로 추출하고 기존 포일 베어링보다 구조적 특성이 향상되었는지를 검증하고 향후 해석 모델을 검증하기 위해 1자유도 가진 실험을 실시하였다. 50 mm 50 mm 크기의 섬유 메쉬 구조체를 매듭 형태로 만든 섬유 와이어의 지름(Diameter of knot of fiber wire), 구조체의 두께에 따라 제작하였으며 주파수 응답 함수(frequency response function)을 이용하여 동특성 계수를 추출하였다. 또한 정하중(static load)과 동하중(Dynamic load), 가진 주파수(exciting frequency), 온도(Temperature)의 다양한 조건에서 실험을 진행하였다. 실험결과 밀도와 정하중이 증가할수록 구조 강성과 감쇠는 모두 증가하는 것을 알 수 있다. 동하중과 구조성능의 관계에서는 스틱-슬립 모델로 인하여 동하중이 증가할수록 구조강성 및 구조감쇠가 감소하는 것을 알 수 있다. 섬유 메쉬 구조체와 범프 포일 구조체의 구조성능을 비교한 결과로는 같은 동하중에서 섬유 메쉬 구조체가 최대 680% 만큼 구조강성이 높은 것을 알 수 있다. 무차원화 된 감쇠비를 계산하여 에너지 소산능력을 비교하면 최대 46% 만큼 범프 포일 구조체보다 에너지 소산능력이 높은 것을 알 수 있다.