진동 특성을 고려한 자동차 냉각모듈 방진고무의 내구성 평가

Abstract

고무 재료는 초탄성, 진동 절연, 성형의 용이성 때문에 자동차, 철도차량, 우주 항공 분야 등에서 널리 이용되고 있다. 특히 자동차에는 진동, 소음을 방지하고 승차감을 향상시키기 위하여 다양한 종류의 방진고무 부품이 이용되고 있다. Isolator는 냉각모듈(cooling module)의 네모서리에 부착되어 진동 절연(isolation) 및 마운팅(mounting) 기능을 수행하는 인서트성형(insert molding) 고무부품이다. 이 부품은 차량 주행 중 반복하중 및 팬의 회전에 의한 진동으로 인하여 피로손상이 발생 될 수 있다. 또한, 냉각 모듈은 외부에서 들어오는 반복하중과 팬 회전에 의한 공진 주파수를 포함하고 있다. 따라서 반복하중에 의해서 발생되는 진동특성을 고려하여 실험 및 해석을 통한 내구성(durability) 평가가 필수적이다. 본 연구에서는 진동 피로 실험 및 정적해석을 통하여 Isolator 부품에 대한 내구성을 평가하였다. 수명예측은 부품의 주파수 응답 해석, 응력-수명 곡선, 그리고 하중이력으로부터 얻은 파워 스펙트럼 밀도(power spectral density)곡선을 이용하였다. 또한, 피로수명의 예측결과는 Shaker 진동 시험기를 사용하여 구한 실험결과와 비교하였으며, 이들 결과는 2배수 이내에서 잘 일치함을 알 수 있었다.; A rubber mount is widely used for mechanical parts or engineering materials. Especially, it plays an important role in reducing mechanical vibration due to cyclic loading. But, rubber mount is damaged during the cyclic loading and resonance. Therefore, it is necessary to investigate an evaluation of fatigue life considering vibration characteristics for rubber. In this study, a vibration fatigue analysis was performed on Power Spectral Density(PSD), stress-life curve and a results of frequency response analysis based on the finite element method. The measured load history in experiment was transformed to PSD curve. The stress-life curve was obtained by nonlinear static analysis and constant displacement control test. In addition, frequency response analysis was conducted for mechanical part. In order to evaluate fatigue life for rubber mount, a vibration fatigue test was conducted at the constant acceleration-level as well. Fatigue life was determined when the load capacity is reduced to 60% of its initial value. As a result, predicted fatigue life of rubber mount agreed fairly well with the experimental are.