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Air springs are designed to support loads using the volume elasticity in a cylindrical shaped air bag made of a composite material with a rubber matrix and two plies of reinforced fibers. Recently, applications of these springs have been expanded from railway vehicles to passenger cars. The current study presents a finite element analysis of a manufactured air spring for a passenger car. The analysis was conducted including the mounting steps of the air bag using a static loading condition. A method for controlling the internal pressure and displacements during the mounting step was developed. The characteristic load curve and the shape of the air bag were in good agreement with the experimental data with respect to the design height, the bump height and the rebound height. Results indicate that ply angles of fibers vary from 38 degrees to 56 degrees during static loading. Key Words : Air Spring, Design Height, Bump Height, Rebound Height, Ply Angle 1. 서 론 에어스프링은 고무기저의 복합재료에 섬유계열의 강화코드가 있는 소재로 만든 원통 모양의 에어백에 공기를 채우고, 체적탄성을 이용하여 하중을 지지하도록 설계된 스프링이다. 에어스프링은 큰 용량에 비해서 낮은 스프링 상수를 얻을 수 있고, 타 스프링과 다르게 다른 부하하중에서도 동일한 스프링 높이를 유지할 수 있으며, 스프링의 높이 조절이 가능한 장점을 가진다. 금속재 스프링에 비하여 상당히 크고 고유 진동수가 작아 동특성이 좋으며, 중량이 가볍고 진동 전달이 적어 다른 스프링에 비하여 안락한 승차감과 안정성을 유지할 수 있다. 에어스프링은 이러한 특성 때문에 기차, 전철, 버스와 같은 대형 고급 수송기관의 현가장치 부품으로 채택되어왔으며, 고급 승용차로의 적용이 확대되고 있다. 승용차는 오프로드 주행 등 철도차량 보다는 가혹한 환경에서 사용되기 때문에 에어백 파손에 대한 저항성능이 설계 시 중요한 고려 요인이 된다. 또한 승용차용 에어스프링은 가격이 비싸고 대부분 수입에 의존하여 이를 대체하기 위한 국산화 연구가 활발히 진행되고 있다[1]. 에어스프링의 기본 특성인 정특성에 대한 연구는 주로 유한요소해석을 통하여 많이 수행되고 있다. 에어스프링의 유한요소해석을 위해서는 보강재 물성평가, 고무물성 평가, 요소선택, 경계조건, 해석단 |
