초탄성 재료의 변형률에너지함수를 이용한 LRB받침의 유한요소해석

Abstract

이 연구는 대표적인 면진장치인 납고무베어링(LRB)의 유한요소모델의 신뢰성을 향상시키기 위하여 주재료인 고무의 재료특성에 대하여 연구하였다. 고무는 일반적인 탄성재료와는 달리 대변형, 비선형특성을 가지는 초탄성 재료이다. 본 연구에서는 고무를 초탄성 재료로 가정하고 그의 재료특성을 변형률에너지함수로 표현하여 LRB의 유한요소모델을 개발하였다. 연구를 위하여 여러 변형률에너지함수 중 몇 가지를 선별하고 이를 이용하여 고무의 재료특성을 예측하였다. 변형률에너지함수를 이용하여 결정된 고무의 재료특성과 표준적인 납의 재료특성을 이용하여 LRB의 유한요소모델을 개발하고, 수평방향과 수직방향의 힘-변위 관계를 해석하였다. LRB의 유한요소모델을 통하여 해석으로 예측한 수평과 수직방향 강성을 실험결과와 비교함으로써 개발된 유한요소모델의 적합성을 검증하였다. The material property of the rubber has been studied in order to improve the reliability of the finite element model of a lead rubber bearing (LRB) which is a typical base isolator. Rubber exhibits elastic behaviour even within the large strain range, unlike the general structural material, and has a hyper-elastic characteristics that shows non-linear relationship between load and deformation. This study represents the mechanical characteristics of the rubber by strain energy function in order to develop a finite element (FE) model of LRB. For the study, several strain energy functions were selected and mechanical properties of the rubber were estimated with the energy functions. A finite element model of LRB has been developed by using material properties of rubber and lead which were identified by stress tests. This study estimated the horizontal and vertical force-displacement relationship with the FE model. The adequacy of the FE model was validated by comparing the analytical results with the experimental data.