KR20160050114A - Process for evaluating fatigue life of rubber bush - Google Patents

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KR20160050114A
KR20160050114A KR1020140147007A KR20140147007A KR20160050114A KR 20160050114 A KR20160050114 A KR 20160050114A KR 1020140147007 A KR1020140147007 A KR 1020140147007A KR 20140147007 A KR20140147007 A KR 20140147007A KR 20160050114 A KR20160050114 A KR 20160050114A
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문형일
구자석
김헌영
김학진
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현대모비스 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a method to predict fatigue life of a rubber bush which uses a fatigue life equation using tear test data to simply perform reliable life prediction of a rubber bush. The method to predict fatigue life of a rubber bush comprises: a step where a control unit acquires data required for fatigue life prediction of a rubber bush by tests; a step where the control unit uses the results of the tests to perform finite element (FE) modeling; a step where the control unit analyzes deformation based on the FE modeling results and tear test data measured by a crack growth test among the tests, and calculates tear energy based on data in accordance with deformation analysis results; a step where the control unit determines a deformation mode based on the tear energy; a step where the control unit corrects the tear energy in the deformation mode; and a step where the control unit collects the tear energy corrected in the deformation mode to calculate the fatigue life of the rubber bush.

Description

고무부시의 내구수명 예측 방법{PROCESS FOR EVALUATING FATIGUE LIFE OF RUBBER BUSH}{PROCESS FOR EVALUATING FATIGUE LIFE OF RUBBER BUSH}

본 발명은 고무부시의 내구수명 예측 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 찢김 시험데이터를 사용한 피로수명식을 사용함으로써 고무부시의 보다 신뢰성 있는 수명 예측을 더욱 간단히 수행할 수 있도록 하는 고무부시의 내구수명 예측 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for predicting the durability of a rubber bush, and more particularly, to a method for predicting a life expectancy of a rubber bush by using a fatigue life equation using tear test data, Prediction method.

일반적으로 고무(Rubber)는 자동차 산업 등을 비롯하여 여러 제조업 분야에서 부품의 재료로 사용되고 있다. 이러한 고무를 원료로 하는 부품 중에서 부시(Bush)는 자동차를 비롯하여 여러 기계들의 현가장치 및 조향장치 등과 함께 사용되어 해당 구조물이 올바른 기능을 수행하고 주변의 부품들과 부드럽게 연결되도록 도와주는 역할을 한다.Generally, rubber is used as a material for parts in various manufacturing fields including automobile industry. Among these rubber-based parts, Bush is used with suspensions and steering devices of automobiles and other machines to help the structure function properly and to smoothly connect with surrounding components.

특히, 자동차 등의 현가장치는 차축과 차체를 연결하여 주행 시 차축이 노면에서 받는 진동이나 충격을 차체에 직접 전달되지 않도록 하여 차체나 하물의 손상을 방지하고 승차감을 향상시키는 장치인데, 여기에도 방진을 위한 고무부시가 사용된다.Particularly, suspension devices such as automobiles are connected to the vehicle body to prevent damage to the vehicle body or the cargo and improve the ride quality by preventing vibrations or shocks from the road surface from being transmitted directly to the vehicle body when the vehicle is traveling. A rubber bush is used.

이러한 고무부시의 내구는 어떤 균열 발생이나 찢어짐 등이 아니라, 대부분 구성 성분의 피로에 의한 성능 저하가 먼저 이루어지며, 이런 결과로 부시의 강도 및 강성 특성 변화, 차량 운전 시 소음 발생 등으로 나타난다. 따라서 종래에는 일단 고무부시가 설계 되면 시험을 통해 그 성능을 검증하고 있다.The durability of such a rubber bush is not caused by cracking or tearing, but by the fatigue of most of the constituent components, which results in changes in the strength and rigidity of the bush and noise during operation of the vehicle. Therefore, conventionally, once the rubber bushes are designed, their performance is verified through testing.

그러나 개발 시험에서는 이러한 시험 조건을 만족하지만 자동차가 생산되어 시판된 후 일정 시간이 경과하면 부시의 내구 성능이 저하되어 소음 발생, 균열 발생 등이 일어나게 된다. 즉, 아무리 주어진 내구 스펙을 만족하더라도 사용 시간과 사용 환경에 따른 문제점 발생의 소지가 많으며 현재까지도 큰 문제로 대두되고 있다. However, in the development test, when the test conditions are satisfied, the durability of the bushes deteriorates after a certain period of time after the automobile is produced and marketed, resulting in noise generation and cracking. That is, even if the endurance specifications given are satisfied, there are many possibilities of problems depending on the usage time and the usage environment, and it is still a big problem to date.

하지만 이러한 조건을 시험으로 검증하기 위해서는 고객의 사용 조건에서 수 년 간이라는 긴 시간이 필요하므로 시험 검증이 어려우며, 따라서 고무부시의 강도 및 강성은 해석(계산)으로서 설계 초기 단계에서 예측을 해야 한다.However, in order to verify these conditions with the test, it is difficult to test the rubber bush because it takes a long period of time from the customer's conditions of use. Therefore, the strength and stiffness of the rubber bush must be predicted at the early stage of design as analysis (calculation).

이에 따라 종래의 고무부시의 내구(피로) 수명 예측 평가는 주로 시편 시험을 통해 얻어진 에너지(또는 응력이나 변형률)와 수명과의 관계식이 사용되었으며, 일부 자동차 회사에서는 변형률과 수명과의 관계식을 바탕으로 한 예측 프로세스를 개발하기도 하였고, 일부 국가에서는 균열 전파 이론을 바탕으로 상용 프로그램(예 : Endurica)이 개발되기도 하였다.Therefore, the evaluation of life (fatigue) life expectancy of conventional rubber bushes is mainly based on the relationship between energy (or stress or strain) and life span obtained through specimen testing. Based on the relationship between strain and life In some countries, commercial programs (eg Endurica) have been developed based on the theory of crack propagation.

그러나 종래의 시편의 피로시험 데이터를 기반으로 정의된 피로수명식은 사용이 복잡하고 비용 및 시간이 많이 소요되는 문제점이 있으며, 고무부시의 수명 정의 변화에 유연하게 대응할 수 없는 문제점이 있다.However, the fatigue life equation defined on the basis of the fatigue test data of the conventional specimen is complicated to use, requires a high cost and time, and has a problem in that it can not flexibly cope with changes in the life definition of the rubber bush.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-0267718호(2000.07.06.등록, 고무 부품의 내구 수명 예측 방법)에 개시되어 있다.
BACKGROUND ART [0002] The background art of the present invention is disclosed in Korean Patent No. 10-0267718 (registered as Jun. 7, 2000, a method of predicting the durability life of rubber parts).

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 찢김 시험데이터를 사용한 피로수명식을 사용함으로써 고무부시의 보다 신뢰성 있는 수명 예측을 더욱 간단히 수행할 수 있도록 하는 고무부시의 내구수명 예측 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of predicting the durability life of a rubber bush, which can more easily predict the life span of the rubber bush by using the fatigue life equation using the tear test data The purpose is to provide.

본 발명의 일 측면에 따른 고무부시의 내구수명 예측 방법은, 제어부가 테스트를 통해 고무부시의 내구수명 예측에 필요한 데이터를 취득하는 단계; 상기 제어부가 상기 테스트의 수행 결과를 이용하여 FE(Finite Element) 모델링을 수행하는 단계; 상기 제어부가 상기 FE 모델링 결과와 상기 테스트 중 균열 성장량 테스트를 통하여 측정된 찢김 시험데이터를 바탕으로 변형 분석하고, 그 변형 분석 결과에 따른 데이터를 바탕으로 찢김 에너지(T)를 산출하는 단계; 상기 제어부가 상기 찢김 에너지에 근거하여 변형 모드를 판별하는 단계; 상기 제어부가 상기 변형 모드에서의 찢김 에너지를 보정하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 변형 모드에서 보정된 찢김 에너지를 취합하여 상기 고무부시에 대한 내구수명을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of predicting the durability of a rubber bush, comprising: obtaining data necessary for predicting the durability life of the rubber bush through a test; Performing FE (Finite Element) modeling using the result of the test; The control unit performs strain analysis on the basis of the FE modeling result and the tear test data measured through the crack growth amount test during the test, and calculates the tearing energy T based on the data according to the strain analysis result; Determining a deformation mode based on the tearing energy; The control unit correcting the tearing energy in the deformation mode; And calculating the durability of the rubber bushing by combining the tearing energy corrected in the deformation mode by the control unit.

본 발명에 있어서, 상기 테스트는, 상기 고무부시의 소재에 대한 테스트로서, 단축인장 & 평면변형 테스트 및 균열 성장량 테스트를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the test is characterized by comprising a uniaxial tensile & planar deformation test and a crack growth amount test as a test on the material of the rubber bush.

본 발명에 있어서, 상기 찢김 에너지(T)는, 수학식

Figure pat00001
를 이용하여 산출할 수 있으며, 여기서, k는 스트레인 보정 계수, w는 변형률 에너지 밀도, a는 균열의 성장량인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the tearing energy (T)
Figure pat00001
Where k is a strain correction coefficient, w is a strain energy density, and a is a growth amount of cracks.

본 발명에 있어서, 상기 찢김 에너지(T)는 변형률 에너지 밀도(strain energy density)와 균열 치수(crack size)의 함수로서,

Figure pat00002
를 이용하여 가공할 수 있으며, 여기서, w는 변형률 에너지 밀도, a는 균열의 성장량, N은 수명(Cycle),
Figure pat00003
는 시편의 찢김 시험 결과에 대한 파워 로 피팅(power-law fitting)에 의하여 도출된 상수 값인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the tearing energy T is a function of the strain energy density and the crack size,
Figure pat00002
Where w is the strain energy density, a is the amount of crack growth, N is the life cycle,
Figure pat00003
Is a constant value derived by power-law fitting of the test result of the specimen.

본 발명에 있어서, 상기 변형 모드를 판별하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 소재에 대한 변형 모드로서, 단축 모드 및 전단 모드 중 어느 하나를 판별하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the step of discriminating the deformation mode, the control section discriminates either the short axis mode or the front end mode as the deformation mode for the material.

본 발명에 있어서, 상기 변형 모드에서의 찢김 에너지를 보정하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 변형 모드 중 단축 모드 상태를 기준으로 계산된 찢김 에너지(T)를 전단 모드의 비율에 따라 보정하는 것으로서, 상기 전단 모드의 비율에 따라서 찢김 에너지(T)에 가중치(WF)의 값을 곱하여 보정하며, 상기 가중치(WF)는 균열 각도 변화에 따른 찢김시험 결과를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the step of correcting the tearing energy in the deformation mode, the controller corrects the tearing energy T calculated on the basis of the short axis mode of the deformation modes according to the ratio of the front end mode, The ripping energy T is multiplied by the value of the weight WF according to the ratio of the front end mode to the weight WF, and the weight WF is determined on the basis of the tear test result according to the crack angle change.

본 발명에 있어서, 상기 변형 모드에서의 찢김 에너지를 보정하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 변형 모드 중 단축 모드에서의 찢김 에너지(T)에는 가중치 1을 곱하여 보정하고, 상기 변형 모드 중 전단 모드에서의 찢김 에너지(T)에는 찢김 에너지(T)의 사용 비율에 따른 가중치(WF)를 산출하여 보정을 수행하며, 상기 가중치는

Figure pat00004
이고, 상기 shear strain은 전단 변형률인 것을 특징으로 한다.
In the present invention, in the step of correcting the tearing energy in the deformation mode, the control unit corrects the tearing energy (T) in the short axis mode of the deformation mode by multiplying the weight by 1, The weights WF corresponding to the use ratios of the tearing energy T are subjected to correction by performing a correction on the ripping energy T of the tearing energy T,
Figure pat00004
And the shear strain is a shear strain.

본 발명은 고무부시의 내구수명 예측 방법에 관한 것으로서 찢김 시험데이터를 사용한 피로수명식을 사용함으로써 고무부시의 보다 신뢰성 있는 수명 예측을 더욱 간단히 수행할 수 있도록 한다.
The present invention relates to a method for predicting the durability of a rubber bush, and more reliably predicts the life of the rubber bush by using the fatigue life equation using the tear test data.

도 1은 본 발명에 따른 고무부시의 내구수명 예측 방법을 수행하기 위한 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고무부시의 내구수명 예측 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 본 실시예에 따른 소재의 시편 형상과 시험 방법을 설명하기 위한 예시도.
도 4는 본 실시예에 따른 고무부시의 내구수명 예측 방법을 적용하여 개발된 프로그램의 피로수명 출력 화면을 보인 예시도.
도 5는 본 실시예에 따른 고무부시의 내구수명 예측 방법을 이용하여 계산된 수명 예측 결과에 대한 신뢰성 테스트 결과를 보인 예시도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an exemplary view showing a schematic configuration of an apparatus for carrying out a method for predicting the durability of a rubber bush according to the present invention; FIG.
2 is a flowchart illustrating a method of predicting the durability of a rubber bush according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is an exemplary view for explaining a specimen shape and a test method of a material according to this embodiment; Fig.
FIG. 4 is an exemplary view showing a fatigue life output screen of a program developed by applying the method of predicting the durability of a rubber bush according to the present embodiment. FIG.
FIG. 5 is an exemplary view showing a reliability test result of the life prediction result calculated using the life durability prediction method of the rubber bush according to the embodiment. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고무부시의 내구수명 예측 방법의 일 실시예를 설명한다. Hereinafter, an embodiment of a method for predicting the durability of a rubber bush according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.

도 1은 본 발명에 따른 고무부시의 내구수명 예측 방법을 수행하기 위한 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a schematic configuration of an apparatus for carrying out a method of predicting the durability of a rubber bush according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고무부시의 내구수명 예측 방법을 수행하기 위한 장치는, 사용자의 조작과 데이터 입력을 위한 정보 입력부(110), 상기 사용자가 입력하는 조작과 데이터 및 저장부(130)에 미리 저장된 데이터를 이용하여 내구수명 예측 처리를 수행하는 제어부(120), 상기 제어부(120)에서의 내구수명 예측 처리를 수행하는데 필요한 데이터 및 그에 관련된 프로그램이 저장되는 저장부(130), 상기 제어부(120)에서의 내구수명 예측 처리 결과를 출력하기 위한 정보 출력부(140)를 포함한다. As shown in FIG. 1, an apparatus for performing the method of predicting the durability of a rubber bush according to the present embodiment includes an information input unit 110 for user operation and data input, operation and data input by the user, A controller 120 for performing a durability life predicting process using data stored in advance in the storage unit 130, a storage unit for storing data necessary for performing the durable life prediction process in the controller 120, 130), and an information output unit (140) for outputting the endurance life prediction processing result in the controller (120).

이하 상기 제어부(120)에서 처리되는 고무부시의 내구수명 예측 방법에 대해서 다른 도면들을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of predicting the durability of the rubber bushes to be processed by the controller 120 will be described in detail with reference to the other drawings.

참고로, 종래에는 피로 시편 시험데이터를 이용하여 피로수명식을 정의하고 내구수명 예측에 사용하였지만, 본 실시예에서는 찢김 시험데이터를 사용하여 피로수명식을 정의하여 내구수명 예측에 사용한다. For reference, in the past, fatigue life equations were defined using fatigue specimen test data and used for predicting life duration. In this embodiment, however, fatigue life equations are defined by using tear test data and used for life expectancy prediction.

이에 따라 본 실시예는 피로 시편 시험 수행과정에서 필연적으로 발생하는 비용 및 시간을 절감할 수 있으며, 특히 고무 재료의 경우 소재 제조사별로 비규격화 되어 있고, 가공 및 생산, 보관 조건에 따라 특성 변화가 크기 때문에 비교적 빠르고 간단하게 측정할 수 있는 찢김 시험데이터를 사용하여 피로수명식을 정의함으로써 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.Accordingly, the present embodiment can reduce the cost and time that are necessarily incurred in the fatigue test piece test process. Particularly, in the case of the rubber material, it is not standardized by the material manufacturer, Therefore, reliability is improved by defining the fatigue life equation using the tear test data that can be measured relatively quickly and easily.

이하 찢김 에너지 시험 결과를 사용한 내구수명(즉, 피로수명)을 산출하는 과정을 아래의 도면들을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a process of calculating the durability life (i.e., fatigue life) using the results of the tearing energy test will be described with reference to the following drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고무부시의 내구수명 예측 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method for predicting the durability of a rubber bush according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(120)는 미리 제작된 테스트 장치(미도시)에 테스트 할 소재(material)를 장착한 후 그 소재에 대한 테스트를 시작한다(S101). As shown in FIG. 2, the control unit 120 mounts a material to be tested in a pre-fabricated test apparatus (not shown), and then starts a test on the material (S101).

상기 테스트를 통해 고무부시의 내구수명 예측에 필요한 데이터를 취득한다.Through the above test, data necessary for predicting the durability life of the rubber bush are obtained.

이때 상기 소재에 대한 테스트는, 도 3에 도시된 바와 같은 형상의 시험 소재가 있다고 가정할 경우, 단축인장 & 평면변형 테스트(S102)와 균열 성장량 테스트(S103)(즉, 소재에 미리 균열을 생성시키고, 그 균열이 성장하는 정도를 시험하는 테스트)를 수행한다. 여기서, 본 실시예에 따른 테스트에 사용하는 소재는 높이(h) 20mm, 길이(b) 15mm, 두께(t) 2mm, 균열(crack)(a)은 3mm 이다.In this case, when the test material is tested, it is assumed that there is a test material having a shape as shown in FIG. 3, the uniaxial tensile & planar deformation test S102 and the crack growth amount test S103 And testing the extent to which the crack grows). Here, the material used for the test according to the present embodiment is 20 mm in height, 15 mm in length b, 2 mm in thickness t, and 3 mm in crack a.

참고로, 상기 테스트 방법은 상기 소재의 하부를 고정시키고, 상기 소재의 상부를 일정한 힘으로 주기적으로 반복해서 당겼다가 원위치 시키는 방식으로 수행된다. 본 실시예에서는 진폭 4mm, 주파수 5Hz로 테스트를 수행하지만 그 테스트 방법을 한정시키는 것은 아니다.For reference, the test method is performed in such a manner that the lower portion of the workpiece is fixed, and the upper portion of the workpiece is repeatedly pulled back and regularly with a constant force. In this embodiment, the test is performed at an amplitude of 4 mm and a frequency of 5 Hz, but the test method is not limited thereto.

그리고 상기 제어부(120)는 상기 단축인장 & 평면변형 테스트(S102)를 수행한 결과를 이용하여 FE(Finite Element) 모델링(즉, 유한요소 모델링)을 수행하고(S104), 상기 FE 모델링 결과와 상기 균열 성장량 테스트를 통하여 측정된 찢김 시험데이터를 바탕으로 변형 분석을 수행한다(S105).The controller 120 performs Finite Element (FE) modeling (i.e., finite element modeling) using the result of performing the uniaxial tensile & planar deformation test S102 (S104) Deformation analysis is performed based on the tear test data measured through the crack growth amount test (S105).

그리고 상기 제어부(120)는 상기 FE 모델링 결과와 상기 균열 성장량 테스트를 통하여 측정된 찢김 시험데이터를 바탕으로 한 변형 분석 결과를 수학식

Figure pat00005
를 이용하여 찢김 에너지(T)를 산출한다(S106). Then, the controller 120 calculates the deformation analysis result based on the FE modeling result and the tear test data measured through the crack growth amount test,
Figure pat00005
To calculate the tearing energy T (S106).

여기서 k는 스트레인 보정 계수, w는 변형률 에너지 밀도, a는 균열의 성장량을 의미한다.Where k is the strain correction factor, w is the strain energy density, and a is the crack growth.

보다 구체적으로, 상기 균열 성장량 테스트를 통하여 측정된 찢김 시험데이터를 이용한 피로수명식을 정의하는 과정에 대해서 설명한다.More specifically, a process of defining the fatigue life equation using the tear test data measured through the crack growth test will be described.

상기 찢김 에너지(T)는 변형률 에너지 밀도(strain energy density)와 균열 치수(crack size)의 함수이다. 즉,

Figure pat00006
가 된다. The tearing energy T is a function of the strain energy density and the crack size. In other words,
Figure pat00006
.

여기서 w는 변형률 에너지 밀도, a는 균열의 성장량, N은 수명(즉, 사이클 수)을 의미한다. 그리고

Figure pat00007
는 파워 로 피팅(power-law fitting)에 의하여 도출된 값이다.Where w is the strain energy density, a is the growth rate of the crack, and N is the lifetime (i.e., number of cycles). And
Figure pat00007
Is a value derived from power-law fitting.

그리고 상기 함수에 유한요소 정식화를 통한 찢김 에너지식(

Figure pat00008
)을 적용하면,
Figure pat00009
가 된다.Then, the tearing energy knowledge by finite element formulation
Figure pat00008
),
Figure pat00009
.

그리고 사이클(cycle)(N)에 대하여 정리하면, And the cycle (N)

Figure pat00010
Figure pat00010

Figure pat00011
이 된다.
Figure pat00011
.

이때 초기 균열(

Figure pat00012
)은 최종 균열(
Figure pat00013
)보다 충분히 작으므로 최종 균열이 포함된 부분을 무시할 수 있다. 즉,
Figure pat00014
이 된다.At this time,
Figure pat00012
) Is the final crack (
Figure pat00013
), The portion including the final crack can be ignored. In other words,
Figure pat00014
.

그리고 초기 균열(

Figure pat00015
)을 요소의 진전량(
Figure pat00016
)으로 대체하면,And initial crack (
Figure pat00015
) To the amount of advance of the element (
Figure pat00016
),

Figure pat00017
이 된다.
Figure pat00017
.

여기서 상기 유한요소 정식화가 적용된 유한요소 해석을 통하여 찢김 에너지(T) 계산은, 상용 유한요소 프로그램(예 : abaqus)을 사용하여 계산할 수 있는 일반적인 값인, δa(요소의 변형길이(변형률ε을 사용하여 계산), t(가상균열 두께, 요소의 크기), 변형률에너지 밀도(w)를 사용하여 요소 내 찢김 에너지(T)를 아래와 같이 계산할 수 있도록 한다.Here, the calculation of the tearing energy (T) through the finite element analysis using the finite element formulation is performed by using a general value δa (element length of strain (strain ε, which can be calculated using a commercial finite element program (for example, abaqus) The tearing energy (T) in the element can be calculated using the following equations (1), (2) and (3).

이때 초기 균열의 길이에 대한 항을 제외하기 위해 요소에 균열이 있다고 가정하고, 요소의 균열은 요소의 한 변으로 가정한다.At this time, it is assumed that there is a crack in the element to exclude the term of the length of the initial crack, and the crack of the element is assumed to be one side of the element.

우선 찢김 에너지지의 기본 정의는,

Figure pat00018
이다. First, the basic definition of ripping energy,
Figure pat00018
to be.

여기서 A는 균열의 면적이고, U는 변형률 에너지이다. Where A is the area of the crack and U is the strain energy.

이를 가상 균열의 진전량(δa)에 대하여 정리하면,

Figure pat00019
가 된다. If this is summarized with respect to the amount of elastic deformation? A of the virtual crack,
Figure pat00019
.

여기서 t는 가상 균열의 두께이다.Where t is the thickness of the virtual crack.

이를 다시 변형률 에너지와 진전량에 따른 균열의 면적을 가상 균열의 부피에 대하여 정리하면,

Figure pat00020
가 된다. 여기서 w는 변형률 에너지 밀도, 가상균열의 부피는
Figure pat00021
이다.When the area of the cracks according to the strain energy and the amount of the expansion is summarized with respect to the volume of the virtual crack,
Figure pat00020
. Where w is the strain energy density, and the volume of the virtual crack is
Figure pat00021
to be.

이때 상기 유한요소 정식화로 계산된 찢김 에너지(T)는 복합하중 상태를 가정하여 계산된 값이 아니라, 단순(인장/압축) 모드를 기본으로 유도되었다.At this time, the tearing energy T calculated by the finite element formulation is derived on the basis of a simple (tension / compression) mode, not a value calculated on the assumption of a composite load state.

따라서 변형 모드를 판별하여(S107), 그 판별된 변형 모드별 찢김 에너지(T) 계산 값을 보정할 필요가 있다.Therefore, it is necessary to discriminate the deformation mode (S107) and correct the calculated calculated value of the tearing energy (T) for each deformation mode.

즉, 복합하중 상태를 인장 모드(또는 단축 모드 : 하나의 축 상에서 서로 반대방향으로 반복하여 힘을 가하거나 당기는 모드)(Uniaxial mode)와 전단 모드(shear mode)(즉, 하부가 고정된 상태에서 상부를 좌/우에서 반복적으로 힘을 가하거나 당기는 모드)의 조합 상태로 정의하고, 인장 모드(즉, 단축 모드) 상태를 기준으로 계산된 찢김 에너지(T)를 전단 모드의 비율에 따라 수정(즉, 보정) 할 수 있도록 한다.That is, the composite load state can be divided into tension mode (or short mode: uniaxial mode and shear mode in which the force is repeatedly applied in opposite directions on one axis) (i.e., And the pulling energy (T) calculated on the basis of the tension mode (i.e., short-axis mode) is corrected according to the ratio of the front-end mode That is, correction).

다시 말해, 찢김 에너지(T)의 사용비율에 대한 가중치 함수를 만들기 전에 우선적으로 해석상에서 요소에 변형이 발생할 때, 어떠한 변형 모드에 속하는지를 판단하여야 한다.In other words, before making the weight function for the ratio of use of the tearing energy (T), it is first necessary to judge which deformation mode it belongs to when the element is deformed on the analysis.

이를 위해 주변형률(

Figure pat00022
For this purpose,
Figure pat00022

)을 바탕으로 인장 모드(즉, 단축 모드)와 전단 모드를 구분할 수 있는 판별식을 도입하고, 전단 모드(또는 그 변형률)의 비율에 따라서 찢김 에너지(T)에 가중치(WF : Weight Factor)(즉, Coeff.)의 값을 곱하여 보정한다. A discrimination formula which can distinguish between a tension mode (that is, a short axis mode) and a shear mode is introduced and a weight factor (WF) (hereinafter referred to as " weight factor ") is added to the tearing energy T according to the ratio of the shear mode That is, Coeff.).

예컨대 변형률은

Figure pat00023
와 같이 산출할 수 있다. 이때 가중치(WF)는 전단 모드의 시험을 통해 결정하며, 일단 결정된 상수값은 추후 재 측정할 필요는 없다.For example,
Figure pat00023
As shown in FIG. At this time, the weight (WF) is determined through the test of the shear mode, and the determined constant value does not need to be remeasured at a later time.

상기와 같이 제어부(120)는 상기 변형 모드 판단 단계(S107)에서 단축 모드(S108)와 전단 모드(S109)를 판별한다.As described above, the control unit 120 determines the short mode (S108) and the front mode (S109) in the deformation mode determination step (S107).

그리고 상기 단축 모드에서의 찢김 에너지(T)를 보정하고(S110), 전단 모드에서의 찢김 에너지(T)를 보정한다(S111).Then, the tearing energy T in the short axis mode is corrected (S110), and the tearing energy T in the front end mode is corrected (S111).

상기 단축 모드에서의 찢김 에너지(T)는 가중치 1을 곱하여 보정하므로 에너지 값은 변하지 않는다. 그러나 전단 모드에서의 찢김 에너지(T)는 찢김 에너지(T)의 사용 비율에 따른 가중치(WF)(즉, Coeff.)를 구하여 보정을 수행한다.Since the ripping energy T in the short axis mode is corrected by multiplying by the weight 1, the energy value does not change. However, the tearing energy T in the front end mode is obtained by obtaining the weight WF (i.e., Coeff.) According to the use ratio of the tearing energy T to perform the correction.

예컨대,

Figure pat00024
이고, 이 가중치(WF)를 이용하여 찢김 에너지(T)를 보정하면,
Figure pat00025
이 된다. 여기서, shear strain은 전단 변형률이다.for example,
Figure pat00024
, And if the ripping energy T is corrected by using the weight WF,
Figure pat00025
. Here, shear strain is the shear strain.

다음 상기 제어부(120)는 상기와 같이 단축 모드와 전단 모드에서 보정된 찢김 에너지(T)를 취합하여 피로수명을 산출(계산)한다(S112).Next, the control unit 120 calculates (calculates) the fatigue life by combining the ripping energies T corrected in the short mode and the front mode as described above (S112).

상술한 바와 같은 과정을 통해 산출된 데이터(예 : 요소의 크기, 변형률 에너지 밀도(SED), 주 변형률 등)를 이용하여 피로수명을 계산하면 전단 모드 비율 및 예상되는 피로 균열(crack) 길이를 계산할 수 있고, 이후 최종적인 피로 균열 길이를 추가로 적용하면 원하는 피로수명값이 산출된다.Calculating the fatigue life using the data (eg, element size, strain energy density (SED), main strain, etc.) calculated through the procedure described above calculates the shear mode ratio and the expected fatigue crack length And then applying an additional final fatigue crack length results in a desired fatigue life value.

도 4는 본 실시예에 따른 고무부시의 내구수명 예측 방법을 적용하여 개발된 프로그램의 피로수명 출력 화면을 보인 예시도이다.4 is an exemplary view showing a fatigue life output screen of a program developed by applying the durability life predicting method of the rubber bushing according to the present embodiment.

도 4를 참조하면, 해석 대상물의 유한요소 해석 결과를 입력(Input)하면 유한 요소 모델에 대한 예상 균열 크기(Calculated crack size)가 계산되고, 파단 평가 기준인 최종 균열 크기(Final crack size)를 추가적으로 입력하게 되면 예상된 균열의 파단 기준까지의 성장 시간까지 고려된 피로수명(Fatigue life)이 계산된다.Referring to FIG. 4, when a finite element analysis result of an object to be analyzed is input, a calculated crack size for a finite element model is calculated, and a final crack size, If entered, the fatigue life is taken into account, up to the growth time to the fracture criterion of the expected crack.

도 5는 본 실시예에 따른 고무부시의 내구수명 예측 방법을 이용하여 계산된 수명 예측 결과에 대한 신뢰성 테스트 결과를 보인 예시도이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a reliability test result of the life prediction result calculated using the life durability prediction method of the rubber bush according to the present embodiment.

도 5에 도시된 바와 같이, 4가지 경우(Case1 ~ Case4)를 테스트한 결과, 예측 결과에 대한 신뢰성은 적어도 70~80% 이상으로 평가(즉, 내구 수명의 계산 결과가 오차 범위 내에서 정확한 것으로 평가)되었으며, 특히 수명값 증감을 정량적으로 신뢰성 있게 예측할 수 있다는 점에서 설계 단계에서 매우 유용하게 활용될 수 있음이 증명된다.As shown in FIG. 5, when four cases (Case 1 to Case 4) are tested, the reliability of the prediction result is evaluated to be at least 70 to 80% (that is, the calculation result of the life expectancy is accurate within the error range It is proved that this method can be used very usefully in the design stage because it can quantitatively and reliably predict the increase and decrease of the lifetime value.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는 고무부시의 가속 내구 시험 조건을 최대한 반영한 특화된 부시용 내구수명 예측 방법으로서 피로균열의 크기를 사용 용도(즉, 시험 상황)별로 다르게 설정할 수 있는 장점이 있다. 또한 본 실시예는 수명식 정의를 종래(종래에는 피로 시험데이터를 사용함)의 일반적인 피로 시험에 비해 짧은 시간과 비용이 드는 찢김 시험데이터를 사용함으로써 비용 및 시험 시간이 상대적으로 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 본 실시예는 고부 부시의 허용 찢김 길이의 변동에 유연하게 대처할 수 있도록 하며, 고무부시 설계 시 실시되는 일반적인 변형(구조) 해석 프로세스에 쉽게 적용할 수 있는 장점이 있다.As described above, the embodiment of the present invention is advantageous in that the fatigue crack size can be set differently according to the intended use (i.e., the test situation) as a method for predicting the durability life of the bush, which maximally reflects the accelerated endurance test conditions of the rubber bush . The present embodiment also has the advantage that the cost and test time can be relatively reduced by using the tear test data in a shorter time and cost than the conventional fatigue test in the past (in the past using the fatigue test data) have. In addition, this embodiment can flexibly cope with the variation of the allowable tear length of the high-bush, and has an advantage that it can be easily applied to a general deformation (structural) analysis process performed when designing a rubber bush.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, I will understand the point. Accordingly, the technical scope of the present invention should be defined by the following claims.

110 : 정보 입력부
120 : 제어부
130 : 저장부
140 : 정보 출력부110: Information input unit
120:
130:
140: Information output section

Claims (7)

제어부가 테스트를 통해 고무부시의 내구수명 예측에 필요한 데이터를 취득하는 단계;
상기 제어부가 상기 테스트의 수행 결과를 이용하여 FE(Finite Element) 모델링을 수행하는 단계;
상기 제어부가 상기 FE 모델링 결과와 상기 테스트 중 균열 성장량 테스트를 통하여 측정된 찢김 시험데이터를 바탕으로 변형 분석하고, 그 변형 분석 결과에 따른 데이터를 바탕으로 찢김 에너지(T)를 산출하는 단계;
상기 제어부가 상기 찢김 에너지에 근거하여 변형 모드를 판별하는 단계;
상기 제어부가 상기 변형 모드에서의 찢김 에너지를 보정하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 변형 모드에서 보정된 찢김 에너지를 취합하여 상기 고무부시에 대한 내구수명을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고무부시의 내구수명 예측 방법.
The control unit acquiring data necessary for predicting the durability life of the rubber bushes through a test;
Performing FE (Finite Element) modeling using the result of the test;
The control unit performs strain analysis on the basis of the FE modeling result and the tear test data measured through the crack growth amount test during the test, and calculates the tearing energy T based on the data according to the strain analysis result;
Determining a deformation mode based on the tearing energy;
The control unit correcting the tearing energy in the deformation mode; And
And calculating the durability life of the rubber bush by combining the tearing energy corrected in the deformation mode by the control unit.
제 1항에 있어서, 상기 테스트는,
상기 고무부시의 소재에 대한 테스트로서, 단축인장 & 평면변형 테스트 및 균열 성장량 테스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고무부시의 내구수명 예측 방법.
2. The method of claim 1,
A method for predicting the durability life of a rubber bush, characterized in that it comprises a uniaxial tensile & planar deformation test and a crack growth amount test as a test for the material of the rubber bush.
제 1항에 있어서, 상기 찢김 에너지(T)는,
수학식
Figure pat00026
를 이용하여 산출할 수 있으며,
여기서, k는 스트레인 보정 계수, w는 변형률 에너지 밀도, a는 균열의 성장량인 것을 특징으로 하는 고무부시의 내구수명 예측 방법.
The method of claim 1, wherein the tearing energy (T)
Equation
Figure pat00026
, ≪ / RTI >
Wherein k is a strain correction coefficient, w is a strain energy density, and a is a growth amount of a crack.
제 3항에 있어서, 상기 찢김 에너지(T)는
변형률 에너지 밀도(strain energy density)와 균열 치수(crack size)의 함수로서,
Figure pat00027
를 이용하여 가공할 수 있으며,
여기서, w는 변형률 에너지 밀도, a는 균열의 성장량, N은 수명(Cycle),
Figure pat00028
는 시편의 찢김 시험 결과에 대한 파워 로 피팅(power-law fitting)에 의하여 도출된 상수 값인 것을 특징으로 하는 고무부시의 내구수명 예측 방법.
4. The method of claim 3, wherein the tearing energy (T)
As a function of strain energy density and crack size,
Figure pat00027
Can be used,
Where w is the strain energy density, a is the crack growth, N is the life cycle,
Figure pat00028
Is a constant value derived by power-law fitting of the result of the tear test of the specimen.
제 1항에 있어서, 상기 변형 모드를 판별하는 단계에서,
상기 제어부는,
상기 소재에 대한 변형 모드로서, 단축 모드 및 전단 모드 중 어느 하나를 판별하는 것을 특징으로 하는 고무부시의 내구수명 예측 방법.
The method according to claim 1, wherein, in the step of determining the deformation mode,
Wherein,
And determining one of a short axis mode and a front end mode as a deformation mode for the material.
제 1항에 있어서, 상기 변형 모드에서의 찢김 에너지를 보정하는 단계에서,
상기 제어부는,
상기 변형 모드 중 단축 모드 상태를 기준으로 계산된 찢김 에너지(T)를 전단 모드의 비율에 따라 보정하는 것으로서, 상기 전단 모드의 비율에 따라서 찢김 에너지(T)에 가중치(WF)의 값을 곱하여 보정하며,
상기 가중치(WF)는 균열 각도 변화에 따른 찢김시험 결과를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 고무부시의 내구수명 예측 방법.
2. The method according to claim 1, wherein in the step of correcting the tearing energy in the deformation mode,
Wherein,
The tearing energy T is calculated by multiplying the tearing energy T by the value of the weight WF according to the ratio of the front end mode, In addition,
Wherein the weight (WF) is determined based on a result of a tear test according to a change in crack angle.
제 6항에 있어서, 상기 변형 모드에서의 찢김 에너지를 보정하는 단계에서,
상기 제어부는,
상기 변형 모드 중 단축 모드에서의 찢김 에너지(T)에는 가중치 1을 곱하여 보정하고, 상기 변형 모드 중 전단 모드에서의 찢김 에너지(T)에는 찢김 에너지(T)의 사용 비율에 따른 가중치(WF)를 산출하여 보정을 수행하며,
상기 가중치는
Figure pat00029
이고, 상기 shear strain은 전단 변형률인 것을 특징으로 하는 고무부시의 내구수명 예측 방법.7. The method according to claim 6, wherein in the step of correcting the tearing energy in the deformation mode,
Wherein,
(T) in the uniaxial mode of the deformation mode is corrected by multiplying the weight by 1, and the tearing energy (T) in the front end mode of the deformation modes is weighted according to the use ratio of the tearing energy (T) And performs correction,
The weight
Figure pat00029
, And the shear strain is a shear strain.
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