Shape Optimal Design of Anti-Vibration Rubber Assembly to Reduce the Vibration of a Tractor Cabin

In this study, shape optimization was performed to improve the vibration isolation capability of an anti-vibration rubber assembly, which is used in the field option cabin of agricultural tractors. A uniaxial tension test and biaxial tension test were performed to characterize the hyper-elastic material properties of rubber, and the data were used to calibrate the material model used in the finite element analyses. A field test was performed to quantify the input excitation from the tractor and the output response at the cabin frame. To account for the nonlinear behavior of rubber, static analyses were performed and the load-displacement curve of rubber was derived. The stiffness of the rubber was calculated from this curve and input to the harmonic analyses of the cabin. The results were verified using the test data. Taguchi's parameter design method was used to find the optimal shape of the anti-vibration rubber assembly, which indicated a shape with reduced stiffness. The vibration of the cabin frame was reduced by the optimization by as much as 35% compared to the initial design.

트랙터 캐빈의 진동저감을 위한 방진고무의 형상최적설계

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.