The design process in automobile industry requires to predict the stiffness of rubber busing materials. The behavior of rubber compound can be simulated using the strain energy density function. It is needed to consider the change of the material properties because the compression deformation caused by the swaging process of the busing. In this study, numerical simulations of the stress-strain curve including the swaging process were carried out using the finite element method and compared with experimental data. The Ogden 3rd model of strain energy density functions predicted the behavior of the busing with natural rubber compound. The stress-strain curves of the rubber busing was calibrated using that the initial compression of the swaging process was the 4.6% strain. Compared to the stiffness of the bushing without swaging effect, the stiffness was improved by 45% and had 99.6% accuracy with the actual test results.

본 연구에서는 차량용 고무 부싱의 설계기준이 되는 강성(stiffness)을 정확히 예측하기 위해 천연고무 컴파운드의 응력-인장 특성을 반영한 Ogden 3차 초탄성 모델이 고무 재료의 거동을 가장 정확하게 예측한다는 것을 규명하였다. 스웨이징 공정에 의한 4.6%의 변형 결과를 재료의 응력-변형률에 보정(calibration)하여 초탄성 모델에 적용한 결과, 스웨이징 효과를 고려하지 않은 예측 대비 약 45% 정확도가 향상되었으며, 실제 시험 결과와 99.6%의 정확도를 보였다. 본 연구는 정확한 고무소재 물성의 모델링을 통하여 부싱의 특성을 성공적으로 예측할 수 있다는것을 확인하였고, 이를 통해 차량용 부싱의 설계, 공정 및 성능 평가 단계를 획기적으로 단축할 수 있는 방법을 제안하였다.

Keywords: rubber bushing, finite element method, hyperelastic model, strain energy density function, swaging