트랙터 캐빈의 진동저감을 위한 방진고무의 형상최적설계 = Optimal geometry design of anti-vibration rubber for vibration suppression in tractor cabin

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, a shape optimization of vibration isolation rubber was performed to improve its performance to reduce vibration of the tractor cabin transmitted from the tractor body. Sets of sophisticated mechanical tests were perfomed to obtain the hyperelastic material model of rubber, which was utilized in the finite element analyses. To check the validity of the material model of rubber, the results of finite element analyses were analyzed and compared against the test results. To quantify the input vibration transmitted from the tractor body to the cabin frame, field tests were performed and harmonic analyses of cabin were conducted based on the data obtained during the tests. In the comparison of simulation results with the test data, it was shown that the numerical analyses successfully simulate the vibration response of cabin frame with good accuracy. It was found that the performance of vibration isolation rubber is improved as the stiffness of the rubber decreases. Thus, a shape optimization using the Taguchi's parameter design method is conducted to minimize the stiffness of vibration isolation rubber. The height of vibration isolation rubber, size and location of additional holes in the rubber were considered as design variables. Through this parameter design, the vibration of cabin frame decreases more than 30% compared to the original design.

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 농업용 트랙터 캐빈의 진동저감을 위하여 사용되는 방진고무의 형상 최적설계를 수행하여 방진고무의 진동절연 성능의 개선을 이루었다. 이를 위하여 방진고무에 사용되는 재료의 물성시험을 수행하였고 비선형 재료 모델의 계수를 도출하여 유한요소해석에 활용하였다. 유한요소해석 결과와 재료 시험 결과를 비교, 평가하여 구해진 재료 모델의 신뢰성을 확보하였다. 트랙터에서 캐빈으로 전달되는 입력 가진과 캐빈의 진동 응답을 파악하기 위하여 현장 시험을 수행하였으며 이를 토대로 캐빈의 조화가진해석을 수행하였다. 해석으로 구해진 캐빈 프레임의 조화응답과 시험에서 측정된 응답을 비교한 결과 해석이 실제 모델의 응답을 잘 모사하고 있음을 확인하였다. 조화가진해석을 이용한 민감도 분석을 통하여 방진고무의 강성이 작을수록 진동절연효과가 커진다는 것을 확인하였으며 다구찌법을 이용한 최적설계를 통하여 주어진 조건하에 강성을 최소화하는 방진고무의 형상을 찾아내었다. 설계변수로는 방진고무의 높이와 방진고무에 성형되는 구멍의 크기 및 위치를 선정하였다. 이를 통하여 기존 설계 대비 30% 이상의 진동절연효과의 개선을 이룰 수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구배경 및 동향 1
• 1.2 연구내용 및 방법 4
• 제 2 장 방진고무해석 6
• 2.1 방진고무 물성치 및 재료모델 6
• 2.2 방진고무 재료물성시험 12
• 2.3 방진고무 정적해석모델 26
• 2.4 방진고무 해석결과 29
• 제 3 장 트랙터 캐빈의 조화 가진 응답 해석 32
• 3.1 트랙터 캐빈모델 32
• 3.2 트랙터 캐빈 모드해석 41
• 3.3 트랙터 캐빈 조화가진 응답해석 45
• 제 4 장 방진고무 형상최적설계 53
• 4.1 최적설계 문제 정의 53
• 4.1.1 설계변수 55
• 4.2 방진고무의 최적설계안 도출 60
• 4.3 최적설계안의 해석결과 및 고찰 67
• 제 5 장 결론 73
• 참고문헌 75
• 영문초록 77
• 국문초록 79