원추형 고무 스프링 진동 시험 평가 분석

초록

원추형 고무 스프링은 철도 차량의 1차 현가장치 부품 중 하나로 차량의 주행안전성과 승차감에 영향을 주는 철도 차량의 핵심부품이다. 원추형 고무스프링은 금속 4층, 고무 3층으로 적층된 원추형태로, 주행 시 노면에서 전달되는 소음과 진동을 저감시켜 승차감을 향상시키고 주행에 따른 정적 및 동적 하중을 저감시켜 차체 및 주행로의 손상을 방지한다. 그러나 원추형 고무 스프링에 관한 설계기법과 구조 최적화 기법에 대한 연구는 미흡하다. 따라서 원추형 고무 스프링의 설계기법 및 구조 최적화 기법에 대한 연구가 필요하다. 본 연구는 원추형 고무 스프링의 체계적인 설계기법 및 구조 최적화 기법을 적립을 위해 고무 재료의 단축 인장 시험뿐 아니라 이축 인장 시험을 수행하여 비선형 물성 모델을 도출하였다. 도출한 고무 물성을 비선형 유한요소해석에 적용하여 원추형 고무 스프링 해석 모델을 구성하였고, 실험계획법을 이용하여 구조 최적화를 진행하였다. 구조 최적화를 통해 성능이 향상된 원추형 고무 스프링 최적화 모델을 도출하였으며 시제품 제작하였다. 원추형 고무 스프링의 성능을 평가하기 위해 기존 스프링과 최적화 모델 스프링을 철도차량에 장착하여 진동을 계측 및 비교·분석하였다.