자동차용 브레이딩 기법을 이용한 탄소섬유 복합재료 중실 스테빌라이저 바 설계

Abstract

스테빌라이저 바는 코너링(cornering) 중 또는 노면의 불규칙한 상태 때문에 차량에 발생하는 롤링(rolling) 또는 흔들림에 저항하기 위해 현가장치와 연결되는 구조이다. 본 연구에서는 차량의 금속 스테빌라이저 바를 높은 비강도/비강성 특성을 갖고 있는 탄소 섬유 복합재료로 대체하기 위해 금속 스테빌라이저 바의 특성을 파악하고 금속 등가 이상의 성능을 갖는 복합재료 스테빌라이저 바를 설계하였다. 금속 스테빌라이저 바의 성능을 검토하기 위해 이론식으로 롤 강성을 계산하였다. 그리고 Hypermesh를 이용해 유한요소 모델을 작성하고 복합재료 해석 프로그램인 GENOA, 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 구조해석을 수행하고 이론식의 롤 강성과 비교하였다. 복합재료 스테빌라이저 바 유한요소해석에서 손상 기준으로 미시적 수준의 파손을 예측하는 Hashin 파손 이론을 이용하였다. 복합재료의 플라이 물성을 확보하기 위해 ASTM 시편 시험을 수행하였다. 그리고 섬유와 수지의 물성을 얻기 위해 MCQ-Composites을 이용하였다. 롤 강성에 유리한 브레이딩 적층 각도를 도출하였고, 최적화된 단면 결정하기 위해 외팔보 모델을 이용한 유한요소해석을 수행하였다. 그 결과, 복합재료 스테빌라이저 바의 롤 강성이 금속 대비 22% 증가했고 57% 중량 감소 효과가 있음을 확인하였다.