차량 마운트의 고무 물성 역 추정과 형상 최적설계에 관한 연구

Abstract

강성을 고려한 고무 부품의 형상 설계에 대한 기존 연구들은 구조가 비교적 간단한 부싱에 대한 연구가 많았으며, 고무재료의 물성 확보가 어려워 실용성이 떨어지는 경우가 많았다. 본 연구에서는 이와 같은 점들을 고려하여 마운트 단품의 시험 값으로부터 고무 재료의 물성을 확보하고, 확보한 물성을 기반으로 마운트의 형상을 설계하는 실용적인 마운트 형상 설계 방법을 제안하였다. 첫 번째 단계인 고무의 물성 역 추정은 최적화 이론을 이용해 고무의 물성을 추출하였다. 이와 같은 방법은 마운트 단품의 시험 데이터를 확보하기 용이하다는 장점과, 마운트에 사용된 고무의 물성을 확보할 수 있다는 장점이 있다. 한편, 고무의 물성은 초탄성 구성방정식을 이용해 표현함으로써 고무의 비선형 탄성 거동을 고려하였다. 물성 역 추정을 통해 얻은 물성은 두 번째 단계인 마운트의 형상 최적설계에 사용되었다. 형상 최적설계는 다시 한 번 두 단계로 나뉜다. 첫 번째 형상 설계는 마운트의 스토퍼 접촉 전 강성을 고려한 마운트 고무의 형상 설계이다. 이 과정은 실험계획법을 이용해 강성에 가장 큰 영향을 미치는 마운트의 구조를 파악하고, 해당 구조의 변경을 통해 수행하였다. 두 번째 형상 설계는 마운트의 스토퍼 접촉 후 강성을 고려한 스토퍼 접촉 부분의 설계이다. 이 과정은 형상 최적설계를 이용하였다. 형상 최적설계는 스토퍼 접촉 부분 형상을 스플라인 곡선을 이용해 구성하고, 스플라인 곡선의 제어 점 위치를 변경해 최적의 형상을 얻는다. 상기 과정으로 구성된 방법론은 실제 변속기 마운트에 대한 설계 예제를 수행함으로써 적용 가능성을 보일 수 있었다.