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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수37
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타이어는 자동차의 하중을 지지하며, 노면의 요철에 의한 충격을 완화시키고, 구동력과 제동력을 전달하는 동시에 방향 전환 및 유지의 기능을 하는 매우 중요한 부품이다. 타이어의 중요성만큼 연구도 활발히 진행되어 1888 년 최초의 타이어가 고안된 이후 130 여년 동안 성능 및 디자인, 생산성 등에서 많은 발전이 있었다. 타이어는 공기압을 사용하여 무게가 가벼우면서 충격흡수 및 구동력과 제동력의 기능을 잘 발휘할 수 있다. 하지만 내부에 충진된 공기압으로 인해 펑크의 위험과 공기압의 유지라는 문제점이 근본적으로 존재할 수 밖에 없다.
결과적으로 현재까지 공기압을 대체할 수 있는 수단을 개발하지 못하고, 공기압이라는 제한적인 조건에서 타이어는 발전되어왔다. 하지만 최근 재료공학의 발전과 창의적인 아이디어를 이용하여 타이어의 공기압을 대체할 다양한 수단들이 제시되면서 비공기압 타이어(Non Pneumatic Tire)라는 새로운 형태의 타이어가 개발되고 있다.
대표적으로 Michelin 의 T-Wheel 을 선두로 Resilient Technologies, Bridgestone, 한국타이어 4 개 업체가 비공기압 타이어 개발에 매진하고 있다. 비공기압 타이어 개발에 있어 타이어 온도분포는 타이어 성능예측에 매우 중요한 연구 자료이다. 일반적으로 타이어는 점탄성 재료를 사용하고, 점탄성 재료는 온도의 영향에 민감하게 반응하여 점탄성 거동이 변화하기 때문에 온도 영향을 고려하기 위해서는 먼저 온도 분포를 알아야 한다. 특히 타이어는 히스테리시스 손실 에너지가 온도 상승의 주원인으로 히스테리시스 손실 에너지는 곧 타이어의 구름저항과도 밀접한 관련이 있다.
본 연구는 먼저 비공기압 타이어 재료의 점탄성 거동을 DMA 테스트를 통하여 확인하고, 유한요소해석을 이용하여 비공기압 타이어가 회전 시 발생하는 전단 변형 거동을 분석하였다. 또한 재료의 점탄성으로 인한 히스테리시스 손실 에너지를 계산하고, 열해석을 통해 비공기압 타이어의 온도분포를 해석하였다.
또한 열화상 카메라를 이용한 온도 분포 실험결과와 해석결과를 비교하여,
표면에서 발생하는 최고 온도의 오차가 10% 이내의 오차가 발생하는 것이
확인되어 해석의 신뢰성을 확인하였다.
본 연구결과가 온도에 민감한 점탄성 재료의 거동을 정확히 예측하는데
사용되어 해석을 통한 타이어 거동 예측의 오차를 줄일 수 있으며, 비
공기압 타이어 개발과 성능 예측에 중요한 자료를 제공하였다.
결과적으로 현재까지 공기압을 대체할 수 있는 수단을 개발하지 못하고, 공기압이라는 제한적인 조건에서 타이어는 발전되어왔다. 하지만 최근 재료공학의 발전과 창의적인 아이디어를 이용하여 타이어의 공기압을 대체할 다양한 수단들이 제시되면서 비공기압 타이어(Non Pneumatic Tire)라는 새로운 형태의 타이어가 개발되고 있다.
대표적으로 Michelin 의 T-Wheel 을 선두로 Resilient Technologies, Bridgestone, 한국타이어 4 개 업체가 비공기압 타이어 개발에 매진하고 있다. 비공기압 타이어 개발에 있어 타이어 온도분포는 타이어 성능예측에 매우 중요한 연구 자료이다. 일반적으로 타이어는 점탄성 재료를 사용하고, 점탄성 재료는 온도의 영향에 민감하게 반응하여 점탄성 거동이 변화하기 때문에 온도 영향을 고려하기 위해서는 먼저 온도 분포를 알아야 한다. 특히 타이어는 히스테리시스 손실 에너지가 온도 상승의 주원인으로 히스테리시스 손실 에너지는 곧 타이어의 구름저항과도 밀접한 관련이 있다.
본 연구는 먼저 비공기압 타이어 재료의 점탄성 거동을 DMA 테스트를 통하여 확인하고, 유한요소해석을 이용하여 비공기압 타이어가 회전 시 발생하는 전단 변형 거동을 분석하였다. 또한 재료의 점탄성으로 인한 히스테리시스 손실 에너지를 계산하고, 열해석을 통해 비공기압 타이어의 온도분포를 해석하였다.
또한 열화상 카메라를 이용한 온도 분포 실험결과와 해석결과를 비교하여,
표면에서 발생하는 최고 온도의 오차가 10% 이내의 오차가 발생하는 것이
확인되어 해석의 신뢰성을 확인하였다.
본 연구결과가 온도에 민감한 점탄성 재료의 거동을 정확히 예측하는데
사용되어 해석을 통한 타이어 거동 예측의 오차를 줄일 수 있으며, 비
공기압 타이어 개발과 성능 예측에 중요한 자료를 제공하였다.
목차
요 약 .......................................................... i목 차 ........................................................ iii그림목록 .......................................................... v표 목 록 ....................................................... xiii기호목록 ........................................................ xiv제 1 장 서 론 ..................................................... 11-1. 본 연구의 목적 .............................................. 11-2. 연구 배경 ................................................... 31-3. 연구 내용 및 방법 ........................................... 5제 2 장 점탄성 이론과 DMA 테스트 .................................. 102-1. 점탄성 모델 .............................................. 102-2. DMA 테스트 ................................................ 162-3. DMA 테스트 결과 ............................................ 17제 3 장 비공기압 타이어 회전 해석 ................................ 223-1. 비공기압 타이어의 형상 및 해석 모델 ....................... 243-2. 회전 해석 조건 ............................................. 263-3. 비공기압 타이어 회전 해석 결과 ............................. 28제 4 장 히스테리시스 손실 에너지 ................................. 604-1. 히스테리시스 이론 .......................................... 614-2. 히스테리시스 손실 에너지 해석 결과 ......................... 62제 5 장 온도 분포 해석 ............................................ 765-1. 열 해석 모델 .............................................. 775-2. 외기 열전달량 ............................................. 785-3. 히스테리시스 손실 에너지와 열원 ........................... 805-4. 타이어 온도 분포 해석 결과 ................................. 81제 6 장 실험과 해석 결과 비교 .................................... 103제 7 장 결론 및 요약 ............................................ 1077-1. 연구 내용 요약 ........................................... 1077-2. 결 론 .................................................. 112참고문헌 ........................................................ 113SUMMARY .......................................................... 116要 約........................................................... 118
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