Computer Simulation of Deformation Behavior of the Rubber Diaphragm

고무 다이아프램의 변형거동 전산해석

A rubber diaphragm is a critical element of accumulators. The material of a diaphragm is nitrile rubber so as to recover and adjust the large deformation under external pressure fluctuation. The performance of accumulators is influenced by the deformation behaviors of the diaphragm. A large deformation behavior of the diaphragm has been investigated using the commercial finite element program MARC K7.1. The several elastic moduli have been used in linear analysis and Ogden's coefficients have been used in non-linear analysis. As a result, it has been shown that the deformation behavior with a elastic modulus of $0.3 kg/mm^2$ is similar to the behavior of non-linear analysis. And, the modified diaphragm shape to reduce the stress concentration has been proposed.

어큐뮬레이터에 사용되는 얇은 막 형태의 고무다이아프램은 외부의 맥동 및 충격압력을 흡수하고 유체의 수송과 압력을 전달하는 역할을 수행하며, 압력 변화에 따른 변형 거동은 어큐뮬레이터의 특성을 결정하는 중요한 설계 변수이다. 고무다이아프램은 고무 자체의 비선형성에 의한 비선형거동과 작은 압력 변화에도 큰 변형을 일으키는 대변형 거동을 나타내며, 임의 압력 이상에서는 고무다이아프램이 변형된 후 용기에 접촉되는 현상이 나타난다. 본 연구에서는 비선형 대변형 해석과 접촉 해석 둥이 용이한 구조해석 소프트웨어인 MARC를 이용하여 두 가지 형상에 대한 고무다이아프램의 거동을 해석하여, 고무 물성 변화와 압력 변화에 따른 변형 거동을 예측하고 파손 취약 부위로 예상되는 다이아프램의 고정 부위에서의 응력을 완화하기 위한 설계 개선 방안을 제시하였다.