Rubber materials are extensively used in various machine design application, mainly for vibration/shock/noise control devices. Over the years an enormous effort has been put into developing procedures to provide properties of rubber material for design function. However, there are still a lot of difficulties in the understanding of dynamic characteristics of the rubber components in compression. In this paper, the dynamic characteristics of rubber materials for anti-vibration under compression were investigated. Dynamic and static tests for rubber material with 3 different hardness were performed. In dynamic tests, non-resonance method, impedance method, was used to obtain the complex modulus(storage modulus and loss factor) and the effects of static pre-strain on the dynamic characteristics were investigated. Also, a relation equation between linear dynamic and nonlinear static behavior of rubber material was discussed and its usefulness to predict their combined effects was investigated.
한국소음진동공학회 1998년도 춘계학술대회논문집; 용평리조트 타워콘도, 21-22 May 1998
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pp.602-607
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1998
Rubber materials are extensively used in various machine design application, mainly for vibration/shock/noise control devices. Over the years an enormous effort has been put into developing procedures to provide properties of rubber material for design function. However, there are still a lot of difficulties in the understanding of dynamic characteristics of the rubber components in compression. In this paper, the dynamic characteristics of rubber materials for anti-vibration under compression were investigated. Dynamic and static tests for rubber material with 3 different hardness were performed. In dynamic tests, non-resonance method, impedance method, was used to obtain the complex modulus (storage modulus and loss factor) and the effects of static pre-strain on the dynamic characteristics were investigated. Also, a relation equation between linear dynamic and nonlinear static behavior of rubber material was discussed and its usefulness to predict their combined effects was investigated.
We performed shape optimization of an anti-vibration rubber assembly which is used in the field option cabin of agricultural tractors to improve the vibration isolation capability. To characterize the hyper-elastic material property of rubber, we performed uniaxial and biaxial tension tests and used the data to calibrate the material model applied in the finite element analyses. We conducted a field test to characterize the input excitation from the tractor and the output response at the cabin frame. To account for the nonlinear behavior of rubber, we performed static analyses to derive the load-displacement curve of the anti-vibration rubber assembly. The stiffness of the rubber assembly could be calculated from this curve and was input to the harmonic analyses of the cabin. We compared the results with the test data for verification. We utilized Taguchi's parameter design method to determine the optimal shape of the anti-vibration rubber assembly and found two distinct shapes with reduced stiffness. Results show that the vibration at the cabin frame was reduced by approximately 35% or 47.6% compared with the initial design using the two optimized models.
With the increase of storage density and data transfer rates in optical disk drive, mechanical issues, mainly noise and vibration, become critical. Rubber materials are extensively used in various machine design application, mainly for vibration/shock/noise control devices. However, there are still a lot of difficulties in the use of designing the rubber components with complex shape and under pre-deformed state. It was demonstrated in that the variation of rubber component stiffness with the pre-deformed state were calculated by the finite element method and the reliability of numerical results were checked by compared with the measuring the deflection values. This paper presents a efficient design method of rubber mounts for anti-vibration of an optical disk thrive. With an empirical equation to estimate elastic modulus from hardness, and dynamic characteristics of rubber material of a cylindrical shape, this method is capable of predicting the dynamic characteristics of rubber components at design stage.
본 연구에서는 농업용 트랙터에 조립식으로 결합되는 캐빈에 사용되는 방진고무의 진동절연성능을 향상시키기 위하여 형상최적설계를 수행하였다. 초탄성거동을 보이는 고무의 물성을 평가하기 위하여 일축 및 이축 인장시험을 수행하였고 이를 이용하여 유한요소해석에 입력 가능한 재료 모델을 도출하였다. 실제 트랙터의 운전 상태에서 진동을 측정하여 방진고무로 전달되는 입력 가진 및 이로 인한 캐빈 프레임의 응답을 정량화하였다. 비선형 거동을 보이는 방진고무의 특성을 반영하기 위해 정해석을 이용하여 방진고무의 하중-변위 곡선을 도출하였다. 이로부터 특정 하중 혹은 변위가 가해진 상태에서 방진고무의 강성을 계산할 수 있었으며 이를 캐빈의 조화가진해석에 사용하였다. 해석결과와 시험 결과의 비교를 통하여 해석모델 및 기법의 타당성을 검증하였다. 방진고무의 형상설계를 위하여 다구찌의 인자설계법이 사용되었으며 이를 통하여 강성이 최소화된 방진고무의 형상을 찾을 수 있었다. 방진고무의 최적 형상을 고려하여 조화가진해석을 수행한 결과 초기설계 대비 35 % 이상 개선된 진동저감효과를 확인할 수 있었다.
Optical disk technology with a laser beam for data recording and retrieval is one of the most promising route for high density information storage in multimedia era. As the storage density and data transfer rates are increased, mechanical issues, mainly noise and vibration, become critical. Rubber materials are extensively used in various machine design application, mainly for vibration/shock/noise control devices. Over the years an enormous effort has been put into developing procedures to provide properties of rubber components with complex shape and under pre-deformed state. In this paper, non-linear large deformations of a rubber mount for optical disk drive were investigated using the finite element method. A tension test of rubber material was performed, to calculate a strain energy function. According to the pre-deformed state, the variation of rubber mount stiffness were calculated and the reliability of numerical results were checked by compared with the measuring the deflection values. Also, the effects of the pre-deformed rubber mount on the system dynamic characteristics were investigated and the relation between the static stiffness variation of rubber mount and the natural frequence variation of system was discussed.
With the increase of track density, high rotational speed and the compatibility for various media such as CD-ROM, CD-R/RW, DVD-ROM/RAM/RW etc. in optical disk drive, the effective anti-vibration design is so crucial for robust operaton. Especailly when the drive is self-excited by unbalanced disk, internal sled base vibration and its external transmission to the case bring about so severe problem. Generally these two consideration points the practical anti-vibration design process to control thses two conflictive properties using finite element analysis. As an example of the design process, Duro 25 and 40 visco-elastic rubber mount was selected and analyzed. The stiffness obtained from FEM rubber model was well matched with the experiments. Also it was confirmed that the internal and external vibration induced from unbalanced disk have good agreement with experimental results. The proposed design process is adopted to the slim-type optical disk drive.
한국소음진동공학회 1998년도 춘계학술대회논문집; 용평리조트 타워콘도, 21-22 May 1998
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pp.596-601
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1998
Rubber has been widely used as a good device for reducing the vibration in various fields including the anti seismic device like LRB. The damping characteristic is needed to be mathematically modeled to predict the dynamic behavior of the isolated system. In this paper, The frequency response function was obtained experimentally by the resonant method and simulation was performed with the hysteretic model using the resonant test result. the hysteretic behavior of the rubber can be explained by the change of the static stiffness obtained in the DC by the concept of the transfer function.
In order to study the shearing characteristics of anti-vibration sheet metal which has been bonded by resin, a blanking die of 40.02mm was manufactured to blank a material and it is used to reduce vibrational noise. The variables employed in this study were 1) Clearance 2) types of stripper plate, and 3) types of the die design technique. These variables were used to study the effects on burr height, diameter of product, and camber height. Lastly, the effect of the position of the rubber during blanking was observed. In the case of burr height from experimental investigation, the push-back die, combined with a movable stripper plate, resulted in the concentration of additional pressure between the cutting edges, meaning the crack initiation was delayed. This result was not affected by lubrication, although appropriate lubrication is preferred to enable a longer lasting die in terms of wear, which results from the presence of adhesive as the sheet metal is blanked. In the comparison of diameter measurement, the push-back die, combined with the back pressure from the knock-out plate showed a favorable precision. The use of the push back die with a fixed stripper plate, with a $4.5\%$ clearance, showed better accuracy in the diameter measurement. For comparing camber height, the push back die resulted in less cambering than the drop-through die. Also, the larger the clearance, the greater was the camber height. Considering experimental results, the shearing of anti-vibrational sheet metal is best achieved when the rubber is laying on the top, blanked with a fixed-stripper plate in a push-back die, with a $4.5\%$ clearance.
Service life prediction and evaluation of rubber components is the foundational technology necessary for securing the safety and reliability of the product and to ensure an optimum design. Even though the domestic industry has recognized the importance thereof, technology for a systematic design and analysis of the same has not yet been established. In order to develop this technology, identifying the fatigue damage parameters that affect service life is imperative. Most anti-vibration rubber components had been damaged by repeated load and aging. Hence, the evaluation of the fatigue characteristics is indispensable. Therefore, in this paper, we propose a method that can predict the service life of rubber components relatively accurately in a short period of time. This method works even in the initial designing stage. We followed the service life prediction procedure of the proposed rubber components. The weak part of the rubber and the maximum strain were analyzed using finite element analysis of the rubber bushing for the tracked vehicles. In order to predict the service life of the rubber components that were in storage for a certain period of time, the fatigue test was performed on the three-dimensional dumbbell specimen, based on the results obtained by the rubber material acceleration test. The service life formula of the rubber bushing for tracked vehicles was derived using both finite element analysis and the fatigue test. The service life of the rubber bushing for tracked vehicles was estimated to be about 1.7 million cycles at room temperature (initial stage) and about 400,000 cycles when kept in storage for 3 years. Through this paper, the service life for various rubber parts is expected be predicted and evaluated. This will contribute to improving the durability and reliability of rubber components.
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