KR19990052350A - How to predict the service life of rubber parts - Google Patents
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Abstract
본 발명은 있는 자동차에서 섀시 부품간 또는 섀시 부품과 차체간의 결합부에 부쉬 형태로 설계되어 장착되는 고무 부품의 내구 수명을 정량적으로 예측할 수 있도록 한 고무 부품의 내구 수명 예측 방법에 관한 것으로서, 고무 부품을 유한 요소 방법으로 3차원 모델링을 하는 단계와, 고무 부품에 작용하는 하중과 경계 조건을 가만하여 고무 부품의 모델에 하중과 경계 조건을 설정하는 단계와, 고무 부품의 모델에 기초하여 고무 부품에 대한 변형 변위와 단위 면적당 작용하는 하중인 응력을 유한 요소 해석으로 산출하는 단계와, 고무 부품에 작용하는 실측된 하중 이력을 무차원화시켜서 갖는 데이터 베이스의 하중 이력의 최대치가 유한 요소 해석에서 산출된 응력치가 되도록 하중 이력의 진폭을 조정하여 실제 고무 부품에 작용하는 하중 이력인 다이내믹 시그널을 산출하는 단계와, 설정된 고무 부품에 대한 반복적인 하중에 대한 수명을 나타내는 응력-수명 곡선을 설정된 고무 부품의 사용에 따른 사용 시간과 부식 환경 조건에 대응하는 수명을 나타내는 시간-수명, 부식-수명 곡선을 이용하여 수정하고 수정된 응력-수명 곡선과 다이내믹 시그널을 이용하여 고무 부품의 수명을 산출하는 단계를 포함하여, 고무 부품의 설계 및 개발 기간을 단축할 수 있으며, 개발 차량의 사용 시간에 따른 내구 상품성을 확보할 수 있는 것이다.The present invention relates to a method of predicting the endurance life of a rubber part, which is designed to quantitatively predict the endurance life of a rubber part that is designed and mounted in a bush form between chassis parts or a coupling part between a chassis part and a vehicle body in a vehicle. 3D modeling using the finite element method, setting loads and boundary conditions on a model of a rubber part by applying loads and boundary conditions applied to the rubber part, and applying a rubber part to a rubber part based on the model of the rubber part. Calculated by the finite element analysis of the strain displacement and the load acting on the unit area by the finite element analysis, and the maximum value of the load history of the database having dimensionless the measured load history acting on the rubber part is calculated in the finite element analysis. Load history on the actual rubber part by adjusting the amplitude of the load history to Calculating the dynamic signal, and stress-life curves representing the lifespan for repetitive loads on the set rubber parts; time-life, corrosion, indicating the service life corresponding to the use of the set rubber parts and the life corresponding to the corrosive environmental conditions. The design and development time of the rubber parts can be shortened, including the steps of modifying them using the life curve and calculating the life of the rubber parts using the modified stress-life curves and the dynamic signals. It is possible to secure the durability of the product.
Description
본 발명은 고무 부품의 내구 수명 예측 방법에 관한 것으로서, 특히 자동차에서 섀시 부품간 또는 섀시 부품과 차체간의 결합부에 부쉬 형태로 설계되어 장착되는 고무 부품의 내구 수명을 정량적으로 예측할 수 있도록 한 고무 부품의 내구 수명 예측 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for predicting the endurance life of a rubber part, and in particular, a rubber part designed to quantitatively predict the endurance life of a rubber part that is designed and mounted in a bush form between chassis parts or a coupling part between a chassis part and a vehicle body. It is about a method of predicting the endurance life.
일반적으로, 고무 부품은 자동차에서 주로 섀시 부품간, 섀시 부품과 차체간의 결합부에 부쉬 형태로 설계되어 장착되며 자동차의 운동 성능에 중요한 인자로 구분된다. 종래에는 일단 설계가 되면 개발하여 시험으로써 그 성능을 검증하고 있다. 시험에서는 대부분 내구 성능을 만족하며 시험 스펙(Spec)은 어떤 조건의 반복하중 조건에서 일정 사이클 이상을 만족하는, 즉 이상이 없을 것으로 규정된다.In general, rubber parts are designed and mounted in a bush shape mainly between chassis parts and coupling parts between chassis parts and the car body, and are classified as important factors for the motor performance of the car. Conventionally, once a design is developed, its performance is verified by testing. The test meets most of the endurance performance, and the test specification specifies that there are no abnormalities that meet a certain cycle or more under cyclic load conditions.
한편, 고무 부품의 내구는 어떤 균열 발생이나 찢어짐 등이 아니라 대부분 구성 성분의 피로에 의한 성능 저하가 먼저 이루어지며 이런 결과로 부쉬의 강도 및 강성 특성 변화, 차량 운전시 소음 발생 등으로 나타난다.On the other hand, the durability of the rubber parts is not caused any cracks or tears, but the performance deterioration due to fatigue of most components is made first, and as a result, the strength and stiffness characteristics of the bushes appear, and noise occurs while driving the vehicle.
개발 시험에서는 이러한 조건을 만족하지만 자동차가 생산되어 시판된 후 일정 시간이 경과하면 부쉬의 내구 성능이 저하되어 소음 발생, 균열 발생 등이 일어나게 된다.The development test satisfies these conditions, but after a certain period of time after the automobile is produced and marketed, the bushing durability deteriorates, causing noise and cracking.
즉, 아무리 주어진 내구 스펙을 만족하더라도 사용 시간과 사용 환경에 따른 문제점 발생의 요지가 많으며 현재까지도 큰 문제로 대두되고 있다. 이러한 경우 부쉬에 작용하는 응력 수준을 낮추는 방법밖에 없는데 어느 정도까지 응력 수준을 저하시켜야 할지 알 수가 없다.In other words, even if the endurance specification is satisfied, there are many problems in terms of usage time and environment, and it is still a big problem. In this case, the only way to reduce the stress level on the bush is to know how much the stress level should be reduced.
하지만 이러한 조건을 시험으로 검증하기 위해서는 고객의 사용 조건에서 수년 간이라는 긴 시간이 필요하므로 일단 시험 검증은 불가능한 것으로 사료되며 현재까지는 고무 부품의 강도 및 강성은 해석(계산)으로 설계 초기 단계의 예측이 가능하지만 내구의 경우 예측이 불가능한 문제점이 있다.However, the verification of these conditions by test requires a long time of several years under the conditions of use of the customer, so it is not possible to verify the test. Until now, the strength and stiffness of rubber parts have been analyzed (calculated). It is possible, but in the case of durability there is an unpredictable problem.
본 발명의 목적은 고무가 주 원료인 자동차 부쉬 부품의 내구 수명을 정량적으로 예측토록 하여 고무 부품의 내구 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 고무 부품의 내구 수명 예측 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for predicting the endurance life of a rubber part in which the durability of the rubber part can be improved by quantitatively predicting the endurance life of the automobile bushing part in which rubber is a main raw material.
본 발명에 따른 고무 부품의 내구 수명 예측 방법은, 고무 재질의 부쉬 형태 부품의 내구 수명을 예측하기 위한 방법으로서, 고무 부품을 유한 요소 방법으로 3차원 모델링을 하는 단계와, 고무 부품에 작용하는 하중과 경계 조건을 가만하여 고무 부품의 모델에 하중과 경계 조건을 설정하는 단계와, 고무 부품의 모델에 기초하여 고무 부품에 대한 변형 변위와 단위 면적당 작용하는 하중인 응력을 유한 요소 해석으로 산출하는 단계와, 고무 부품에 작용하는 실측된 하중 이력을 무차원화시켜서 갖는 데이터 베이스의 하중 이력의 최대치가 유한 요소 해석에서 산출된 응력치가 되도록 하중 이력의 진폭을 조정하여 실제 고무 부품에 작용하는 하중 이력인 다이내믹 시그널을 산출하는 단계와, 설정된 고무 부품에 대한 반복적인 하중에 대한 수명을 나타내는 응력-수명 곡선을 설정된 고무 부품의 사용에 따른 사용 시간과 부식 환경 조건에 대응하는 수명을 나타내는 시간-수명, 부식-수명 곡선을 이용하여 수정하고 수정된 응력-수명 곡선과 다이내믹 시그널을 이용하여 고무 부품의 수명을 산출하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.The durability life prediction method of a rubber part according to the present invention is a method for predicting the durability life of a bush-shaped part of a rubber material, comprising the steps of three-dimensional modeling of the rubber part by a finite element method, and the load acting on the rubber part. Setting the load and boundary conditions in the model of the rubber part by using the stiffness and the boundary condition, and calculating the stress, which is the deformation displacement and the load acting per unit area, for the rubber part based on the model of the rubber part by finite element analysis. Dynamic, which is the load history acting on the actual rubber part by adjusting the amplitude of the load history so that the maximum value of the load history of the database having dimensionless the measured load history acting on the rubber part becomes the stress value calculated in the finite element analysis. Calculating the signal and the lifetime of the repetitive load on the set rubber part. The stress-life curves are modified using time-life and corrosion-life curves, which represent the service life of the set rubber part and the life corresponding to the corrosive environmental conditions, and by using the modified stress-life curves and dynamic signals. Characterized in that it comprises the step of calculating the life of the rubber parts.
도 1은 본 발명에 따른 고무 부품의 내구 수명 예측 방법을 수행하기 위한 컴퓨터에 대한 개략적인 블럭도1 is a schematic block diagram of a computer for performing a method for predicting the endurance life of a rubber part according to the present invention.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고무 부품의 내구 수명 예측 과정을 도시한 흐름도Figure 2 is a flow chart showing the durability life prediction process of the rubber component according to a preferred embodiment of the present invention
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
10 : 키보드 20 : 중앙 처리부10: keyboard 20: central processing unit
30 : 저장부 40 : 모니터30: storage 40: monitor
본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 고무 부품의 내구 수명 예측 방법을 수행하기 위한 컴퓨터에 대한 개략적인 블록도로서, 입력 수단인 키보드(10), 입력 데이터와 저장 데이터를 이용하여 데이터 처리를 제어하는 중앙 처리부(20), 고무 부품의 실측된 하중 이력 데이터 베이스와, 고무 부품에 대한 반복 하중 조건과 그 때의 수명을 나타내는 응력-수명의 곡선 데이타와, 고무 부품의 사용 시간에 대응하는 시간-수명 곡선 데이터와, 고무 부품의 사용 환경에 따른 부식에 대응하는 부식-수명 곡선 데이터가 저장되어 있으며 중앙 처리부(20)의 본 발명에 따른 수명 예측을 위한 제어에 의거하여 해당 데이터가 독출되는 저장부(30)와, 데이터 처리 결과를 단계별로 디스플레이하기 위한 모니터(40)를 포함한다.1 is a schematic block diagram of a computer for performing a method for predicting the endurance life of a rubber component according to the present invention, the keyboard 10 being an input means, a central processing unit for controlling data processing using input data and stored data. (20), the measured load history database of the rubber part, the stress-life curve data indicating the cyclic load condition for the rubber part and the life time thereof, and the time-life curve data corresponding to the service time of the rubber part. And, the storage unit 30 is stored corrosion-life curve data corresponding to the corrosion according to the use environment of the rubber component and the data is read out based on the control for life prediction according to the present invention of the central processing unit 20 And a monitor 40 for displaying data processing results step by step.
이러한 구성에 있어서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고무 부품의 수명 예측을 위한 중앙 처리부(20)의 제어 과정을 첨부한 도 3의 흐름도를 참조하여 상세히 설명한다.In this configuration, with reference to the flowchart of Figure 3 attached to the control process of the central processing unit 20 for predicting the life of the rubber component according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
먼저, 고무 부품을 유한 요소(Finite Element Method) 모델링을 한다(단계 200). 이때, 모델링은 반드시 3차원 모델링을 하며 사용되는 요소의 종류는 1개의 요소당 4개의 절점을 갖는 육면체(Brick Element) 요소를 사용한다.First, the rubber part is finite element modeled (step 200). At this time, the modeling must be three-dimensional modeling and the type of elements used uses a cube element having four nodes per one element.
다음에, 자동차가 운전중(시험중) 고무 부품에 작용하는 하중 및 경계 조건을 명확히 하여 그 조건을 상술한 단계 (200)에서 구성된 모델에 하중 및 경계 조건을 설정한다. 이렇게 하여 완전한 유한 요소 모델을 구성한다(단계 202).Next, the loads and boundary conditions that the automobile acts on the rubber parts during driving (under test) are clarified, and the conditions are set in the model constructed in step 200 described above. This constitutes a complete finite element model (step 202).
그런 다음, 구성한 유한 요소 모델을 선형 해석 혹은 비선형 해석을 수행하여 고무 부품의 하중에 기인하는 변형 변위와 단위 면적당 작용하는 힘, 즉 응력을 산출한다(단계 204).Then, a linear or nonlinear analysis is performed on the constructed finite element model to calculate the deformation displacement resulting from the load of the rubber component and the force acting per unit area, that is, stress (step 204).
다음에, 메모리(30)에 저장되어 있는 고무 부품의 종류에 따라 구분되며, 고무 부품에 작용하는 하중 이력에 대하여 무차원, 필터링, 에디팅된 데이터 베이스를 독출한다.Next, the data is classified according to the type of rubber parts stored in the memory 30, and a dimensionless, filtered, and edited database is read with respect to the load history acting on the rubber parts.
이때의 자료는 측정한 실측 자료이며, 여기서 무차원화란 차량의 중량에 상관없이 하중 이력의 프로파일(Profile)을 +999 등분 -999 등분으로 구분하여 무차원화시킨 이력이다.At this time, the measured data are measured data. Here, the dimensionless means is a dimensioned history divided into +999 equals -999 equals regardless of the weight of the vehicle.
또한, 필터링은 전체 하중 이력의 10% 이내의 범위에 포함되는 피크치는 삭제한 것을 말하며 이것은 삭제하더라도 수명 예측에는 영향을 미치지 않으면서 계산에 소요되는 시간을 줄일 수 있다. 그리고 에디팅이란 측정시 유입되는 화이트 노이즈나 비정상적인 피크치를 삭제한, 즉 사용에 유효한 하중 이력만 남기고 나머지는 삭제한다.In addition, filtering means that the peak value included in the range within 10% of the total load history is deleted, which can reduce the time required for calculation without affecting the life prediction. Editing deletes incoming white noise or abnormal peaks during measurement, i.e., only the load history valid for use is deleted.
한편, 유한 요소 해석에서 산출된 응력치와 하중 이력 데이터 베이스의 이력을 이용하여 실제 고무 부품에 작용하는 하중 이력을 구성해낸다. 즉, 무차원화된 하중 이력의 최대치가 유한 요소 해석에서 산출된 응력이 되도록 하중 이력의 진폭을 조절하여 다이내믹 시그널을 산출한다(단계 206).On the other hand, the stress history calculated from the finite element analysis and the history of the load history database are used to construct the load history acting on the actual rubber part. That is, the dynamic signal is calculated by adjusting the amplitude of the load history so that the maximum value of the dimensionless load history becomes the stress calculated in the finite element analysis (step 206).
다음에, 수명을 예측하기 위해서는 고무 부품에 대한 반복 하중 조건과 그때의 수명을 표시하는 응력-수명 곡선을 저장부(30)를 제어하여 확보한다. 이것은 시험편을 이용한 시험 혹은 완성차 상태의 실차 시험 혹은 지그에서 실시한 단품 시험 결과 등을 이용하여 설정할 수 있다.Next, in order to predict the service life, the storage unit 30 secures a stress-life curve indicating the cyclic load condition for the rubber part and the service life at that time. This can be set by using a test piece, a real vehicle test in the state of a finished vehicle, or a single piece of test performed by a jig.
그런 다음, 상술한 응력-수명 곡선과 상술한 단계 (206)에서 산출한 다이내믹 시그널을 이용하여 대상 고무 부품의 수명을 계산한다. 수명 계산은 사이클 카운팅을 하여 그 손상량의 합을 구하여 이루어진다(단계 208).Then, the lifespan of the target rubber part is calculated using the stress-life curve described above and the dynamic signal calculated in step 206 described above. The life calculation is done by cycle counting to sum the damages (step 208).
그러나, 고무 부품은 단순히 반복 하중과 수명의 관계로 정의되는 것이 아니라 차량의 사용 조건, 즉 사용 환경(부식조건)과 시간이라는 2가지의 변수가 첨부되어 결정된다. 그러므로 고객의 사용 조건에서 문제점으로 대두된 부식 환경 조건과 그때까지의 사용 시간 데이터를 기초로하여 산출되어 저장된 시간-수명 곡선과 부식-수명 곡선을 제어부(30)에서 독출하여 상술한 단계 (208)에서 독출한 응력-수명 곡선에 반영하여 응력-수명 곡선을 수정하여, 수정된 응력대수명 곡선을 다이내믹 시그널에 적용하여 수명을 계산하며, 이때 계산된 값이 최종 고무 부품의 내구 수명이 된다(단계 210).However, rubber parts are not simply defined by the relationship between cyclic load and life, but are determined by attaching two variables, the conditions of use of the vehicle, that is, the environment of use (corrosion conditions) and time. Therefore, the control unit 30 reads the time-life curve and the corrosion-life curve calculated and stored on the basis of the corrosion environment condition which is a problem in the use condition of the customer and the usage time data up to that point (208). The stress-life curve is corrected to reflect the stress-life curve read from, and the modified stress-life curve is applied to the dynamic signal to calculate the life, which is the endurance life of the final rubber part (step 210).
한편, 사용자는 계산된 내구 수명을 검토하고 설계 조건에 만족하면 본 루틴을 종료하지만 그렇지 않을 경우에는 상술한 단계 (200)에서 설정한 유한 요소 모델을 수정한 후 전 과정을 다시 반복하여 스펙에 적합한 내구 수명을 갖는 부쉬 부품을 결정한다.On the other hand, the user reviews the calculated endurance life and ends this routine if the design conditions are satisfied. Otherwise, the user modifies the finite element model set in step 200 described above and repeats the whole process again to meet the specification. Determine the bushing part with endurance life.
한편, 상술한 해석 결과로는 결국 응력 수준을 저감시키기 위하여 부쉬의 형상이 바뀌거나 혹은 부쉬의 형상이 커지게 되며 이 과정에서 부쉬의 강성 및 강도도 재 검토되어 설정되어야 한다.On the other hand, as a result of the above analysis, in order to reduce the stress level, the shape of the bush is changed or the shape of the bush is increased, and in this process, the rigidity and strength of the bush must be reviewed and set.
한편, 이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.On the other hand, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 고무 부품의 내구 수명이 예측가능하여 내구 수명을 향상시켜서 고무 부품의 제조가 가능하여, 고무 부품의 설계 및 개발 기간을 단축할 수 있으며, 개발 차량의 사용 시간에 따른 내구 상품성을 확보할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the durability life of the rubber parts is predictable, and the durability life can be improved to manufacture the rubber parts, thereby shortening the design and development period of the rubber parts, There is an effect that can be secured according to the durability.
Claims (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113281069A (en) * | 2021-06-16 | 2021-08-20 | 中国第一汽车股份有限公司 | Method, device and medium for improving load precision of automobile rubber bushing endurance test |
-
1997
- 1997-12-22 KR KR1019970071813A patent/KR100267718B1/en not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113281069A (en) * | 2021-06-16 | 2021-08-20 | 中国第一汽车股份有限公司 | Method, device and medium for improving load precision of automobile rubber bushing endurance test |
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| KR100267718B1 (en) | 2001-03-02 |
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