열가소성 올레핀과 폴리프로필렌 소재의 변형률 속도와 온도에 따른 기계적 특성을 고려한 에어백 전개 시뮬레이션의 정확도 향상
Strain Rate and Temperature Effects on TPO and PP for Enhanced Airbag Deployment Simulation
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초록
충돌 시 에어백 전개를 정확히 예측하기 위해서는 온도에 따른 고변형률 속도에서의 고분자 재료의 기계적 특성을 고려해야 한다. 본 연구에서는 -35°C에서 85°C까지의 다양한 환경 온도에서 스플릿-홉킨슨바 시험을 통해 열가소성올레핀(TPO)와 폴리프로필렌(PP)의 고 변형률 속도에서의 기계적 특성을 측정하였다. 이를 통해 각변형률 속도에 대한 인장 강도와 파괴 변형률을 도출하였다. 고분자 복합재료의 인장강도가 고변형률 속도 영역으로 이동함에 따라 β-전이가 지배적이 되어 Eyring plot에서 인장 강도가 비선형적으로 증가하는 결과를 보였다. 또한, LS-DYNA 소프트웨어를 사용하여 에어백 전개에 대한 변형률 속도의 영향을 검증하기 위한 에어백 모듈 충격 시뮬레이션을 수행하였다. 준정적 변형률 속도에서의 기계적 특성만을 반영하는 것보다 변형률 속도 의존적기계적 거동을 반영하였을 때 TPO와 PP 소재의 에어백 커버 전개를 더 정확하게 예측할 수 있음을 확인하였다.
Abstract
To accurately predict airbag deployment during a collision, the mechanical properties of polymer materials at high strain rates according to temperature should be considered. In this study, the mechanical properties of TPO and polypropylene were measured at high strain rates via split-Hopkinson pressure bar tests under various environmental temperatures ranging from -35 to 85 °C. Through this, tensile strength and failure strain were derived for each strain rate. As the polymer phase moves toward the high strain rate region, the β-transition becomes dominant, resulting in a non-linear increase in tensile strength in the Eyring plot. Additionally, an airbag module impact simulation was conducted to verify the effects of strain rate on airbag deployment using the LS-DYNA software. It was found that the TPO and polypropylene airbag deployment could be accurately predicted using the strain-rate-dependent mechanical behavior rather than quasi-static properties alone.
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