고무의 물성치 측정기법과 열경화를 통한 물성치 변화량 예측에 관한 연구 = (A) Study on th Test Methodology of the Material Boperries of Rubber Components and on the Prediction of the Material Property Changes of Heat Aged Rubber Components

국문 초록 (Abstract)

고무는 자동차나 기계구조물의 주요 서스펜션 요소로 사용이 된다. 이 연구의 목적은 고무의 재료상수를 측정하는데 있어서 일관적인 절차를 수립하고 virgin material 실험과 열경화 실험 결과의 관계를 수립하는데 있다. 여기에는 유한요소해석을 위한 고무의 재료상수와 유한요소해석에 영향을 끼치는 성질들을 결정할 필요가 있다. 변형률 에너지 함수들로 기술이 되는 고무의 비선형 성질들은 고무 요소를 설계하고 평가하는데 매우 중요한 역할을 한다. 이것들은 인장, 압축, 전단 실험 등과 같은 고무의 material test에 의해 결정이 된다. 또한 고무는 시간이 지남에 따라 그 성질이 변화하게 된다. 이를 시효현상(ageing)이라 하는데 이 현상은 고온에서는 더욱 가속된다. 따라서 이러한 현상을 열경화 시험(heat ageing)을 통하여 확인할 수 있다. 열경화 시험은 고무의 오랜 시간 후의 성질을 단기간 내에 파악할 수 있는 대표적인 시험법이다. 고무의 열경화는 경도의 변화를 초래하게 되는데 이때의 경화조건에 따라 변화된 경도는 재료상수를 구하는데 있어 매우 중요한 역할을 한다. 고무의 경도는 IRHD로 표현되고 이는 탄성계수(elastic modulus)와의 관계에서 그 의미를 찾을 수 있다. virgin material의 결과값을 기준으로 열경화 온도와 시간에 따른 관계를 규명하고 Mooney-Rivlin 모델의 재료상수를 각 온도와 시간에 따른 열경화 시험을 통하여 결정한다. 이를 바탕으로 경도와 탄성계수와의 관계를 정의하고 고무모델에 사용되는 재료상수의 결정을 위한 수식을 정립한다.

주요어 : 재료 물성치, 유한요소해석법, IRHD, 열경화, 실험적인 방법,
탄성계수, 기계적 조절방법

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Rubber is used in primary suspension component of vehicle or mechanical structure. The aim of this study is to establish a sequential procedure for measuring of material property of rubber and show the difference of the results which are virgin material test and heat aging test. It is necessary to determine the material property of rubber for finite element analysis and the properties effect on the result of finite element analysis. The non-linear properties of rubber which were described as strain energy functions were important to design and evaluate the rubber components. They were determined by material tests of rubber which were tension, compression, and shear test. Also the properties of rubber are changed as time passed. This is called ageing, which is accelerated in high temperature. So such tendency can be verified by heat ageing test. Heat ageing test is the representative experimental method that we can know the long time passed properties in short time. Heat ageing of the rubber results in the change of the hardness, and the changed hardness according to each conditions of hardness play an important rule in finding the material properties. The hardness of the rubber is expressed in IRHD and we can find the meaning in the relation to the elastic modulus. With the result of the virgin material test, we describe the relation with the heat ageing temperature and time, and determine the material properties of the Mooney-Rivin model according to each temperature and time. Therefore we can find the formulation which can predict the material properties of the rubber according to the conditions of the heat ageing.

Key words : Material property, Finite element methode, IRHD, Heat ageing, Experimental methode, modulus, mechanical- conditioning