고속 주행 상황에서 CFRP 리어 스포일러의 내부 폼 코어 종류에 따른 성능 분석

Abstract

내부 폼 코어는 자동차에 사용되는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 리어 스포일러의 성능에 중요한 역할을 한다. 하지만, 고속 주행 상황 (200 [km/h])에 대한 내부 폼 코어에 따른 CFRP 리어 스포일러에 관한 연구는 여전히 부족한 실정이다. 이러한 동기를 바탕으로, 본 연구에서는 고속주행 조건에서 다양한 폼 코어 종류에 대한 CFRP 자동차 리어 스포일러의 성능 분석을 수행하였다. 이번 연구에서 사용한 폼 코어의 종류는 Polymethacrylimide (PMI), Polyvinyl chloride (PVC), 그리고 Styrene acrylonitrile (SAN) resin이며, 선정된 폼 코어를 활용하여 진동 특성 및 고속주행상황에서의 거동 양상을 분석하였다. 추가적으로, 고속주행 상황에서 리어 스포일러의 내부 폼 코어의 중요성을 파악하기 위해 내부 폼 코어가 존재하지 않는 중공인 경우 또한 분석하였다. 그 결과, 변형 양상에서는 PMI 폼코어가 가장 좋은 성능을 보였고, 진동 특성에서는 PVC 폼 코어가 가장 좋은 성능을 보임을 확인할 수 있었다. 또한, 중공의 경우에는 변형양상 및 진동 특성 모두에서 가장 낮은 성능을 보임을 확인할 수 있었다. 결과적으로, 본 연구를 통해 고속 주행상황에서 내부 폼 코어 구조가 CFRP 리어 스포일러의 성능을 크게 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었으며, 또한 내부 폼 코어의 선택에 따라 강점을 보이는 특성이 다르게 나타남을 확인할 수 있었다.

The inner foam structure plays an important role in the performance of the carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) rear spoiler used in automobiles. However, there is still a lack of studies for the CFRP-based rear spoiler according to the type of inner foam, especially under the high-speed driving condition. With this motivation, we numerically analyze the performance of the CFRP rear spoiler using various cases of the inner foam under the highspeed driving condition. Here, polymethacrylimide (PMI), polyvinyl chloride (PVC), and styrene acrylonitrile (SAN) resins are employed as the inner foams in this work. The performances are evaluated using the deformation aspects and vibration characteristics when the driving condition is a high-speed condition (200 km/h). Furthermore, to specifically verify the importance of the inner foam in the high-speed condition, we additionally investigate the performance of the CFRP rear spoiler without the inner foam structure (i.e., hollow type). As a result, it is confirmed that among the types of inner foams utilized in this work, the PMI and PVC inner foams have the best deformation aspect and vibration characteristic, respectively. Note that the hollow-type inner foam has inferior performances compared to other inner foams invoked in this study. Consequently, through this study, it can be confirmed that the inner foam structure can significantly improve the performance of the CFRP spoiler under high-speed driving condition (200 km/h), and also that the strengths of the CFRP spoiler can manifest differently depending on the types of inner foam core.