민감물류 화물용 진동저감 장치의 강도향상을 위한 연구 = A Study on the Strength Improvement of Vibration Isolator for Sensitive Freight Transport

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The definition of sensitive cargos is high value-added goods such as semiconductors, LCDs, and electronic products. This sensitive cargo is transported by land movement containers such as roads and railroads. During this land transportation, damage and breakage to the sensitive cargo occur due to running vibrations. There are existing solutions of packaging technology and suspension devices for non-vibration trucks and passenger cars. However, internal damage to the pavement can occur, vibration-free trucks can only be applied to road cargo, and suspension systems have disadvantages that require expensive changes to the cart when applied to trucks. Therefore, it is necessary to develop a vibration reduction device that is compatible with both road and rail freight and can be applied inside the container.
In this study, the hyperelastic material test and behavior evaluation of elastomer, optimization of material constants prediction, nonlinear structural analysis of the vibration reduction device, and optimal of the shape section design were performed, in order to improve the safety of the vibration reduction device for sensitive logistics in development. From the material constants prediction optimization, the material constant of the hyperelastic behavior 'yeoh' model was predicted by comparing the graph of the compressive load-compressive displacement of test and analysis. Also, from the results of the nonlinear structural analysis, the optimal design of the shape section according to three algorithms was performed, and the maximum principal strain was 0.261 as a result of the optimization. This was reduced by about 34.9% compared to the value of the initial model of natural rubber (0.401).

국문 초록 (Abstract)

민감화물이란 반도체, LCD, 전자제품 등의 고부가가치 물품을 정의한다. 이 민감화물은 도로와 철도와 같은 육상운동의 컨테이너로 운송되게 되는데, 이 육상 운송시 주행진동에 의하여 민감화물에 손상과 파손이 발생하게 된다. 기존의 방안으로 포장기술, 무진동 화물차와 객차용 현가장치가 있다. 하지만 포장은 내부적 파손이 발생할 수 있고, 무진동 화물차는 도로화물에서만 적용이 가능하고, 현가장치는 화차에 적용시 고비용의 대차 변경이 요구되는 단점이 있다. 그러므로 도로와 철도 화물에 모두 호환될 수 있고 컨테이너 내부에 적용할 수 있는 진동저감 장치의 개발이 필요하다.
본 연구에서는 개발 진행중인 민감물류용 화차 진동저감 장치의 안전성을 향상하기 위하여 일레스토머의 초탄성 재료 시험 및 거동평가, 재료 상수 예측 최적화, 저감장치의 비선형 구조해석 및 형상 단면에 대한 최적설계를 수행하였다. 재료 상수 예측 최적화로부터 시험과 해석의 압축하중-압축변위에 대한 그래프를 비교하여 초탄성 거동식 'Yeoh'모델의 재료상수를 예측하였다. 또한 비선형 구조해석 결과로부터 3종류의 알고리즘에 따른 형상 단면 최적 설계를 수행하였으며, 최적화의 결과로 최대주변형률은 0.261이다. 이는 천연고무 재질의 초기 모델의 값(0.401) 보다 약 34.9% 감소하였다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1.1 연구 목적 및 필요성 1
• 1.2 연구 동향 2
• 1.3 연구 방법 4
• 1.4 연구 구성 5
• Ⅱ. 이론해석 6
• 2.1 고무 부품 유한요소 해석 6
• 2.2 초탄성 모델 7
• 2.3 초탄성 재료 시편 시험 8
• 2.4 진동저감 장치 11
• Ⅲ. 비선형 구조해석 및 최적설계 16
• 3.1 기계적 특성 평가 16
• 3.2 재료 상수 예측 18
• 3.3 비선형 유한요소 해석 23
• 3.4 최적설계 26
• Ⅳ. 결 론 33
• 참고문헌 34
• Abstract 37