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자동차용 서스펜션 섬유강화 복합재 코일 스프링의 압축특성 및 손상평가

Compression Behavior and Damage Evaluation for Automotive Suspension Fiber-Reinforced Composite Coil Springs

전정일|신정규|권재기
한국복합재료학회 (The Korean Society For Composite Materials)|2022.12|Composites Research|제35권 제6호|pp. 439-446

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Stiffness강성손상평가Damage evaluation섬유강화 복합재코일 스프링함침율Fiber reinforced compositesCoil springImpregnation rate
주제분류재료공학

초록

본 연구에서는 브레이딩 공법으로 자동차용 섬유강화 복합재 코일 스프링을 제작했으며, 안전성 확인을 위해 압축시험 후 손상평가를 진행하였다. 하중-변위 거동의 분석을 통해 스프링의 강성이 규격에 부합하는지 평가했다. 또한 복합재료의 기계적 특성에 대한 기준을 명확하게 파악하기 위해 기공의 분포 및 함침율을 분석하였다. 시험이 완료된 스프링은 육안검사를 진행하여 손상부를 확인했으며, SEM을 이용하여 스프링의 균열 및 파손 인접부에서 채취한 횡단면 시료의 균열 발생 및 진전부 관찰을 통해 파괴모드를 분석하였다.

Abstract

In this study, fiber-reinforced composite coil springs for automobiles were manufactured using the braiding method, and mechanical tests and damage evaluation were performed to confirm their safety. Through the analysis of the load-displacement behavior, the stiffness of the springs was evaluated to meet the specifications. In addition, the distribution of voids and the impregnation rate on the spring wire section were analyzed to clearly understand the criteria for the mechanical properties of the composite material. Moreover, the tested springs were visually inspected to confirm the damaged parts, and the failure mode was analyzed by observing crack initiation and propagation behavior of cross-sectional samples taken from the crack and failure adjacent areas of springs using SEM.

참고문헌 (28)

  1. 오성하, "복합재 코일스프링 개발을 위한 수치해석 및 실험적 연구", 대한기계학회논문집 A, 38(1), pp.31~36 (2014), 대한기계학회
  2. Chang, I. Y., "Recent Development in Thermoplastic Composites: A Review of Matrix Systems and Processing Methods", Journal of Thermoplastic Composite Materials, 1(3), pp.277~296 (1988)
  3. 은종현, "스프레드 탄소섬유 직물 복합재료의 성형온도에 따른 기계적 특성에 관한 연구", Composites Research, 33(3), pp.161~168 (2020), 한국복합재료학회[DOI]
  4. Shin, S. W., "Experimental Studies of Thin-ply Laminated Composites", Composites Science and Technology, 67(6), pp.996~1008 (2007)
  5. 노정우, "연속 섬유의 펼침에 대한 기술 현황 및 적용", Composites Research, 26(3), pp.155~159 (2013), 한국복합재료학회
  6. 문진범, "경량 복합재 차체 구조의 역설계를 통한 복합재료 라미나 물성산출 기법 연구", 한국자동차공학회 논문집, 25(1), pp.1~10 (2017), 한국자동차공학회[DOI]
  7. 고관호, "결합부 강화구조용 탄소복합재 자동차 부품 개발", Composites Research, 31(6), pp.392~397 (2018), 한국복합재료학회
  8. 김진봉, "자동차용 탄소 연속섬유 복합재 선루프 프레임의 개발에 대한 연구", 한국자동차공학회 논문집, 25(3), pp.350~359 (2017), 한국자동차공학회[DOI]
  9. 김연직, "평직유리섬유강화 에폭시 적층판의 기계적 특성 이방성", 한국자동차공학회 논문집, 17(3), pp.15~21 (2009), 한국자동차공학회
  10. Dharmawan, F., "Mixed Mode Fracture Toughness of GFRP Composites", Composite Structures, 75(1-4), pp.328~338 (2006)
  11. Lee, D., "Fabrication Methods for Composite Automotive Components", Auto Journal, 28(1), pp.27~32 (2006)
  12. Choi, J. S., "The Property Evaluation of the Manufactured CFRP Shafts Using the Braiding Process", pp.2017
  13. Roy, S, "Braiding: from Cordage to Composites", The 3rd Textile Research Conference, pp.12~15 (2016)
  14. Branscomb, D., "New Directions in Braiding", Journal of Engineered Fibers and Fabrics, 8(2), pp.11~24 (2013)
  15. Fedro, M., "Characterization and Manufacture of Braided Composites for Large Commercial Aircraft Structure", NASA CP 3154–2nd Advanced Technology Conference, pp.387~429 (1991)
  16. Uozumi, T., "CFRP using Braided Preforms", RTM Process for Aircraft Applications, 2005, pp.14(4), 365~383
  17. Tae, Y. L., "The Mechanical Properties Evaluation on Lay-up Orientation Effect of CFRP Laminate Composite with the Hole Notch", Journal of the Korean Society of Safety, 17(1), pp.25~32 (2002)
  18. 심지현, "Triaxial braiding 기술을 이용한 원형 튜브의 횡방향 저속충격파괴 거동분석", 한국염색가공학회지, 28(4), pp.246~252 (2016), 한국염색가공학회
  19. Chiu, C. H., "An Experimental Investigation into the Mechanical Behaviors of Helical Composite Springs", Composite Structures, 77(3), pp.331~340 (2007)
  20. Kim, J. Y., "Finite Element Stress Analysis of Coil Springs using a Multi-level Substructuring Method II : Validation and Analysis", Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, 8(3), pp.151~162 (2000)
  21. Shin, J. K., "Development of Composite Coil Spring in the Automobile Suspension Module", 2019 Spring Conference of the Korean Society for Composite Materials, pp.288~ (2019), The Korean Society for Composite Materials
  22. Sert, E., "Optimization of Suspension System and Sensitivity Analysis for Improvement of Stability in a Midsize Heavy Vehicle", Engineering Science and Technology, an International Journal, 20(3), pp.997~1012 (2017)
  23. 김재동, "탄소섬유강화 복합적층판의 핀 체결부 파괴 거동", 수산해양교육연구, 31(4), pp.1109~1113 (2019), 한국수산해양교육학회[DOI]
  24. Mathematical Model to Find Piercing Point in McPherson Strut Suspension and Design of Profile for Side Force Control Spring, "Joshi, A.H", SAE, ~, pp.SAE Technical Paper, 2012-28-0014
  25. 윤성호, "제작공법을 달리한 탄소섬유", 에폭시 복합재의 기공함유율 평가 기법, 2017, pp.21(2), 32~40[DOI]
  26. Kim, K. S., "A Study on Fracture Characteristics of Woven Carbon Fiber Reinforced Composite Material", The Korean Society of Mechanical Engineers, 16(3), pp.497~505 (1992)
  27. Jung, W. H., "The Effect of Surface-Treatment of Fiber on the Mechanical Properties of Carbon Fiber Reinforced Plastics; 5. Effect of Fiber Surface Treatment on Interfacial Characteristics in CF", HDPE Composites, 1993, pp.17(1), 93~99
  28. 장재욱, "피로누적손상을 이용한 직조 CFRP의 피로수명 예측", 대한조선학회 논문집, 52(3), pp.248~254 (2015), 대한조선학회

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