KR20220091140A

KR20220091140A - 타이어의 파단 시점 판단 방법 및 타이어의 파단 하중 판단 방법

Info

Publication number: KR20220091140A
Application number: KR1020200182379A
Authority: KR
Inventors: 박한석
Original assignee: 넥센타이어 주식회사
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2022-06-30
Also published as: KR102560543B1

Abstract

본 발명은 타이어의 설계단계에서 타이어의 파괴에너지 성능을 고려하기 위하여 유한요소법으로 타이어의 트레드부의 파괴에너지 성능을 예측할 수 있도록 한 타이어의 파단 시점 판단 방법 및 타이어의 파단 하중 판단 방법에 관한 것이다.

Description

타이어의 파단 시점 판단 방법 및 타이어의 파단 하중 판단 방법{METHOD FOR DETERMINING OF BREAKING TIMING OF TIRE AND METHOD FOR DETERMINING OF BREAKING LOAD OF TIRE}

차량에서 노면에 접하는 타이어에서 트레드부는 정해진 강도 성능을 가져야 한다.

이를 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 지그(30)를 타이어(10)로 가압하여 상기 트레드부의 강성을 예측하였다. 타이어결합부(20)에 상기 타이어(10)를 결합시킨 상태에서, 상기 지그(30)로 상기 트레드부가 파괴될때까지 가압하여, 상기 트레드부의 파손시까지 주어진 하중과 상기 지그(30)의 이동거리로 상기 트레드부의 파괴에너지를 계산하였다.

그러나, 이러한 방법은 상기 타이어(10)의 전체 반력과 상기 지그(30)의 이동거리를 이용한 결과이므로, 상기 타이어(10)의 실제 강성을 예측하기 어려운 문제점이 있었다.

JP 6192472 B2 (2017.09.06, 명칭 : 타이어의 시험방법)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 실제 시험을 하지않고도 유한요소법만을 이용하여 타이어에서 트레드부의 파괴에너지의 절대값을 예측할 수 있도록 하여, 상기 타이어의 설계과정에서 상기 트레드부의 파괴에너지 성능을 미리 예측할 수 있도록 한 타이어의 파단 시점 판단 방법 및 타이어의 파단 하중 판단 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 타이어의 파단 시점 판단 방법은, 지그로 타이어를 가압하는 지그가압단계와, 코드의 발생반력을 추출하는 코드반력추출단계와, 그래프에 상기 지그의 이동거리와 상기 코드의 발생반력을 도시하는 반력도시단계와, 상기 그래프에 상기 코드의 파단하중을 도시하는 파단하중표시단계와, 상기 파단하중과 상기 발생반력의 교차점을 도출하는 교차점도출단계와, 상기 파단하중과 상기 발생반력을 교차점에서의 상기 지그의 이동거리로 상기 코드의 코드파단시점으로 결정하는 코드파단시점도출단계와, 상기 코드파단시점을 상기 타이어의 파단시점으로 결정하는 타이어파단시점도출단계를 포함한다.

상기 코드반력추출단계 내지 상기 코드파단시점도출단계는 상기 타이어에 포함된 각 코드별로 각각 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 타이어파단시점도출단계는, 복수의 상기 코드 중에서 가장 먼저 어느 하나의 코드가 파손되는 시점을 상기 타이어의 결정시점으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 타이어파단시점에서 상기 지그의 이동거리를 상기 타이어 파단시 상기 지그의 이동거리로 결정하는 지그이동거리도출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 지그가압단계는 상기 지그를 상기 타이어의 트레드부에 수직하게 가압하는 것을 특징으로 한다.

상기 그래프에서 상기 지그의 이동거리가 x축이 되고, 상기 반력이 y축으로 도시되며, 상기 파단하중은 상기 x축과 평행하게 도시되는 것을 특징으로 한다.

상기 반력도시단계에서 상기 코드의 반력은 1차함수로 도시되는 것을 특징으로 한다.

상기 코드파단시점도출단계에서 상기 교차점에서 x축의 수선과 x축의 교처잠이 상기 코드의 파단시점이 되는 것을 특징으로 한다.

한편, 타이어의 파단 하중 판단 방법은, 지그로 타이어를 가압하는 지그가압단계와, 상기 타이어의 수직방향의 수직반력을 추출하는 수직반력추출단계와, 상기 지그의 이동거리에 따른 상기 수직반력을 그래프에 도시하는 그래프도시단계와, 상기 타이어파단시점에서의 상기 지그의 이동거리에 상응하는 상기 타이어의 반력을 도출하는 타이어반력도출단계와, 상기 그래프에서 상기 상기 지그의 이동거리에 따라 결정되는 상기 수직반력을 상기 타이어의 파단하중으로 간주하는 타이어파단하중결정단계를 포함하는 타이어의 파단 하중 판단 방법.

상기 지그가압단계와 상기 수직반력추출단계는 복수회 반복수행되고, 상기 지그가압단계와 상기 수직반력추출단계가 수행될 때마다, 상기 그래프도시단계에서 상기 지그의 이동거리에 따른 반력을 표시하는 것을 특징으로 한다.

상기 그래프도시단계는, 상기 지그의 이동거리에 따른 반력의 분포를 추세선으로 연결하여 상기 지그의 이동거리에 다른 반력관계를 도시하는 것을 특징으로 한다.

상기 추세선은 1차합수인 것을 특징으로 한다.

상기 상기 타이어파단시점에서의 상기 지그의 이동거리와 상기 파단하중의 곱의 1/2을 상기 타이어의 파단에너지(E = 1/2 × 파단시 지그의 이동거리 × 파단하중)로 계산하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 타이어의 파단 시점 판단 방법 및 타이어의 파단 하중 판단 방법에 따르면, 유한요소법을 이용하여 타이어 파단시점에서의 지그의 이동거리, 하중 및 파단에너지를 예측할 수 있어서, 설계 과정에서 트레드 파괴에너지 성능을 예측할 수 있다.

도 1은 통상적인 타이어의 파단 시험 장치를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 타이어의 파단 시점 판단 방법을 도시한 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 타이어의 파단 하중 판단 방법을 도시한 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 타이어의 파단 에너지 계산방법을 도시한 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 타이어의 파단 시점 판단 방법에 따라, 각 코드의 파단시점을 예측하는 과정을 도시한 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 타이어의 파단 하중 판단 방법에 따라, 타이어의 파단하중과 파괴에너지를 구하는 과정을 도시한 그래프.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 타이어의 파단 시점 판단 방법 및 타이어의 파단 하중 판단 방법에 대하여 자세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 타이어의 파단 시점 판단 방법은, 지그(30)로 타이어(10)를 가압하는 지그가압단계(S110)와, 코드의 발생반력을 추출하는 코드반력추출단계(S120)와, 그래프에 상기 지그(30)의 이동거리와 상기 코드의 발생반력을 도시하는 반력도시단계(S130)와, 상기 그래프에 상기 코드의 파단하중을 도시하는 파단하중표시단계(S140)와, 상기 파단하중과 상기 발생반력의 교차점을 도출하는 교차점도출단계(S150)와, 상기 파단하중과 상기 발생반력을 교차점에서의 상기 지그(30)의 이동거리로 상기 코드의 코드파단시점으로 결정하는 코드파단시점도출단계(S160)와, 상기 코드파단시점을 상기 타이어(10)의 파단시점으로 결정하는 타이어파단시점도출단계(S170)를 포함한다.

지그가압단계(S110)는 타이어(10) 또는 타이어모델을 향하여 지그(30)를 가압한다. 상기 지그(30)는 상기 타이어(10) 트레드부에 수직한 방향으로 상기 트레드부를 가압한다.

코드반력추출단계(S120)는 코드의 발생반력을 추출한다. 이때, 상기 타이어(10)를 구성하는 각 코드별로 발생반력을 추출한다. 즉, 상기 타이어(10)를 구성하기 위하여, 복수의 코드(cord)가 적용되는데, 상기 코드반력추출단계(S120)에서는 상기 타이어(10)에 포함되는 각 코드별로 발생하는 반력을 추출한다. 즉, 상기 타이어(10)에는 바디 플라이(Body Ply), 랩 (Wrap), 스틸 벨트(Steel Belt) 등의 코드가 포함되는데, 상기 코드반력추출단계(S120)에서는 각 코드별로 코드반력을 추출한다.

본 발명에서는 타이어의 파단 시점을 판단하기 위하여, 유한요소법 FEM ; Finite Element Method)를 이용하는데, 타이어에 포함된 코드를, 랩(Wrap), 스틸 벨트(Steel Belt), 바디 플라이(Body Ply) 등과 같은 유한 개의 요소로 분할하고, 각각의 요소의 특성을 구하여, 전체적인 특성을 도출해낸다.

반력도시단계(S130)는 x축을 상기 지그(30)의 이동거리로 하고 y축을 상기 코드의 반력으로 하는 그래프상에 상기 코드반력추출단계(S120)에서 구한 코드반력을 도시한다. 상기 코드반력추출단계(S120)에서 각 코드별로 코드반력을 구하였으므로, 상기 반력도시단계(S130)에서도 각 코드별로 코드반력이 도시된다.

도 5의 그래프에는 제1바디플라이(BP1), 제2바디플라이(BP2) 및 랩(Wrap)에 반력이 도시되어 있다.

파단하중표시단계(S140)는 상기 그래프에 각 코드별 파단하중을 도시한다. 상기 코드반력은 상기 그래프에 1차함수의 형태로 도시되고, 상기 파단하중은 x축과 평행하게 도시된다. 여기서, 상기 파단강도는 사전에 상기 타이어에 적용되는 각 코드의 파단하중을 측정하여, 각 코드별로 측정된 파단하중을 사용한다. 도 5에서는 상기 제1바디플라이(BP1)와 상기 제2바디플라이(BP2)는 서로 동일한 재질이어서 같은 파단하중을 갖도록 도시되어 있고, 이들과 다른 재질인 상기 랩(Wrap)의 파단하중이 다르게 도시되어 있다.

교차점도출단계(S150)는 상기 파단하중과 상기 발생반력의 교차점을 도출한다. 상기 파단하중은 x축과 평행하고 상기 코드반력은 1차함수의 형태이므로, 그 교차점을 찾는다. 상기 교차점도출단계(S150)에서도 각 코드별로 진행된다. 이에 따라, 도 5에서는 제1바디플라이(BP1), 제2바디플라이(BP2) 및 랩(Wrap)에 대한 교차점이 도출된다.

코드파단시점도출단계(S160)는 상기 파단하중과 상기 발생반력을 교차점에서의 상기 지그(30)의 이동거리로 상기 코드의 코드파단시점으로 결정한다. 즉, 각각의 상기 코드는 상기 지그(30)가 가압되었을 때, 상기 파단시점에서의 지그(30)의 "牡㎏매* 가압되면 파단된다. 각 코드별로 상기 파단하중과 상기 발생반력의 교차점이 다르므로, 상기 각 코드의 파단시점도 달라진다. 상기 그래프에서는 상기 교차점에서 상기 x으로의 수선과 x축의 교차점이 상기 코드의 파단시점이 된다.

타이어파단시점도출단계(S170)는 상기 코드파단시점을 상기 타이어(10)의 파단시점으로 결정한다. 복수의 상기 코드 중에서 최초로 어느 하나의 코드가 파단되면, 나머지 코드와 상관없이 파단되는 바, 상기 타이어파단시점도출단계(S170)에서는 복수의 상기 코드 중에서 가장 먼저 어느 하나의 코드가 파손되는 시점을 상기 타이어(10)의 파단시점으로 결정한다.

지그이동거리도출단계(S180)는 상기 타이어파단시점에서 상기 지그(30)의 이동거리를 상기 타이어(10) 파단시 상기 지그(30)의 이동거리로 결정한다. 도 5에서는 약 125mm 내지 130mm 사이가 상기 타이어(10)의 파단시 지그(30)의 이동거리로 결정할 수 있다. 이때, 상기 타이어(10)의 파단시 지그(30)의 이동거리는 상기 코드들 중에서 최초의 파단시점과 일치한다.

본 발명에 따른 타이어의 파단 하중 판단 방법은, 지그(30)로 타이어(10)를 가압하는 지그가압단계(S110)와, 상기 타이어(10)의 수직방향의 수직반력을 추출하는 수직반력추출단계(S220)와, 상기 지그(30)의 이동거리에 따른 상기 수직반력을 그래프에 도시하는 그래프도시단계(S230)와, 청구항 1항 내지 청구항 7항 중 어느 한 항에 구한 상기 타이어파단시점에서의 상기 지그(30)의 이동거리에 상응하는 상기 타이어(10)의 반력을 도출하는 타이어반력도출단계(S240)와, 상기 그래프에서 상기 상기 지그(30)의 이동거리에 따라 결정되는 상기 수직반력(F)을 상기 타이어(10)의 파단하중으로 간주하는 타이어파단하중결정단계(S250)를 포함한다.

지그가압단계(S110)는 타이어(10) 또는 타이어모델을 향하여 지그(30)를 가압한다. 상기 지그(30)는 상기 타이어(10) 트레드부에 수직한 방향(도 1에 도시된 방향)으로 상기 트레드부를 가압한다.

수직반력추출단계(S220)는 상기 타이어(10)의 수직방향의 수직반력을 추출한다. 상기 수직반력추출단계(S220)에서는 상기 타이어(10)의 수직방향에 대한 반력의 해석결과가 추출된다. 상기 수직반력추출단계(S220)에서 추출되는 반력은 상기 타이어(10) 전체에 대한 수직방향의 반력이다.

그래프도시단계(S230)는 상기 지그(30)의 이동거리에 따른 상기 수직반력을 그래프에 도시한다. 이때, 상기 지그(30)의 이동거리에 따른 상기 수직반력은 도 6에 도시된 바와 같은 1차함수의 형태를 갖는다. 다만, 상기 지그(30)로 상기 타이어(10)를 가압할 때마다 상기 지그(30)의 이동거리에 따른 반력을 표시하고, 이러한 과정을 반복 한 후, 그 추세선을 구하면 1차함수의 형태가 된다.

타이어반력도출단계(S240)는 타이어파단시점(D)에서의 상기 지그(30)의 이동거리에 상응하는 상기 타이어(10)의 반력을 도출한다. 상기 타이어파단시점(D)은 앞서 설명한 타이어의 파단 시점 판단 방법에서 구한 값을 사용한다.

타이어파단하중결정단계(S250)는 상기 그래프에서 상기 상기 지그(30)의 이동거리에 따라 결정되는 상기 수직반력(F)을 상기 타이어(10)의 파단하중으로 결정한다.

이에 따라, 도 6에서 D가 상기 타이어의 파단시점이 되고, F가 상기 타이어(10)의 파단하중이 된다.

상기 타이어의 파단 에너지는 앞서 설명한 타이어의 파단 시점 판단 방법과, 타이어의 파단 하중 판단 방법의 결과를 이용하여 계산한다.

먼저, 앞서 설명한 타이어의 파단 시점 판단 방법를 통하여 타이어(10) 파단시, 상기 지그(30)의 이동거리(D)를 구한다(S310).

이후, 상기 타이어의 파단 하중 판단 방법을 통하여, 상기 타이어(10) 파단시 파단하중을 구한다(S320).

상기 타이어(10) 파단시, 상기 지그(30)의 이동거리(D)와 상기 파단하중(F)이 구해지면, 이들의 곱의 1/2이 상기 타이어(10)의 파단에너지(E)가 된다(S330).

이를 그래프로 표시하면, 도 6에서 해칭된 영역이 된다.

10 : 타이어
20 : 타이어결합부
30 : 지그
S110 : 지그가압단계
S120 : 코드반력추출단계
S130 : 반력도시단계
S140 : 파단하중표시단계
S150 : 교차점도출단계
S160 : 코드파단시점도출단계
S170 : 타이어파단시점도출단계
S180 : 지그이동거리도출단계
S210 : 지그가압단계
S220 : 수직반력추출단계
S230 : 그래프도시단계
S240 : 타이어반력도출단계
S250 : 타이어파단하중결정단계

Claims

지그로 타이어를 가압하는 지그가압단계와,
코드의 발생반력을 추출하는 코드반력추출단계와,
그래프에 상기 지그의 이동거리와 상기 코드의 발생반력을 도시하는 반력도시단계와,
상기 그래프에 상기 코드의 파단하중을 도시하는 파단하중표시단계와,
상기 파단하중과 상기 발생반력의 교차점을 도출하는 교차점도출단계와,
상기 파단하중과 상기 발생반력을 교차점에서의 상기 지그의 이동거리로 상기 코드의 코드파단시점으로 결정하는 코드파단시점도출단계와,
상기 코드파단시점을 상기 타이어의 파단시점으로 결정하는 타이어파단시점도출단계를 포함하는 타이어의 파단 시점 판단 방법.
제1항에 있어서,
상기 코드반력추출단계 내지 상기 코드파단시점도출단계는 상기 타이어에 포함된 각 코드별로 각각 수행되는 것을 특징으로 하는 타이어의 파단 시점 판단 방법.
제2항에 있어서,
상기 타이어파단시점도출단계는,
복수의 상기 코드 중에서 가장 먼저 어느 하나의 코드가 파손되는 시점을 상기 타이어의 결정시점으로 판단하는 것을 특징으로 하는 타이어의 파단 시점 판단 방법.
제3항에 있어서,
상기 타이어파단시점에서 상기 지그의 이동거리를 상기 타이어 파단시 상기 지그의 이동거리로 결정하는 지그이동거리도출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어의 파단 시점 판단 방법.
제1항에 있어서,
상기 지그가압단계는 상기 지그를 상기 타이어의 트레드부에 수직하게 가압하는 것을 특징으로 하는 타이어의 파단 시점 판단 방법.
제1항에 있어서,
상기 그래프에서 상기 지그의 이동거리가 x축이 되고, 상기 반력이 y축으로 도시되며, 상기 파단하중은 상기 x축과 평행하게 도시되는 것을 특징으로 하는 타이어의 파단 시점 판단 방법.
제1항에 있어서,
상기 반력도시단계에서 상기 코드의 반력은 1차함수로 도시되는 것을 특징으로 하는 타이어의 파단 시점 판단 방법.
제1항에 있어서,
상기 코드파단시점도출단계에서 상기 교차점에서 x축의 수선과 x축의 교처잠이 상기 코드의 파단시점이 되는 것을 특징으로 하는 타이어의 파단 시점 판단 방법.
지그로 타이어를 가압하는 지그가압단계와,
상기 타이어의 수직방향의 수직반력을 추출하는 수직반력추출단계와,
상기 지그의 이동거리에 따른 상기 수직반력을 그래프에 도시하는 그래프도시단계와,
청구항 1항 내지 청구항 7항 중 어느 한 항에 구한 상기 타이어파단시점에서의 상기 지그의 이동거리에 상응하는 상기 타이어의 반력을 도출하는 타이어반력도출단계와,
상기 그래프에서 상기 상기 지그의 이동거리에 따라 결정되는 상기 수직반력을 상기 타이어의 파단하중으로 간주하는 타이어파단하중결정단계를 포함하는 타이어의 파단 하중 판단 방법.
제9항에 있어서,
상기 지그가압단계와 상기 수직반력추출단계는 복수회 반복수행되고, 상기 지그가압단계와 상기 수직반력추출단계가 수행될 때마다,
상기 그래프도시단계에서 상기 지그의 이동거리에 따른 반력을 표시하는 것을 특징으로 하는 타이어의 파단 하중 판단 방법.
제10항에 있어서,
상기 그래프도시단계는,
상기 지그의 이동거리에 따른 반력의 분포를 추세선으로 연결하여 상기 지그의 이동거리에 다른 반력관계를 도시하는 것을 특징으로 하는 타이어의 파단 하중 판단 방법.
제11항에 있어서,
상기 추세선은 1차합수인 것을 특징으로 하는 타이어의 파단 하중 판단 방법.
제9항에 있어서,
상기 상기 타이어파단시점에서의 상기 지그의 이동거리와 상기 파단하중의 곱의 1/2을 상기 타이어의 파단에너지(E = 1/2 × 파단시 지그의 이동거리 × 파단하중)로 계산하는 것을 특징으로 하는 타이어의 파단 하중 판단 방법.
제9항에 있어서,
상기 지그가압단계는 상기 지그를 상기 타이어의 트레드부에 수직하게 가압하는 것을 특징으로 하는 타이어의 파단 하중 판단 방법.