The shock absorber of a helicopter cockpit is indispensable to protect a pilot in case of crash, which requires weight lightening and small size to save fuel. Researchers developed a lot of small and light shock absorbers for long time and a variety of them are used. A shock absorber using a bending strap and adhesive is excellent when they are evaluated on complexity, weight and adjusting capacity for shock absorption bases. However, it has three problems. First, the adhesive is sensitive to environment like temperature or humidity. Secondly, the cost is expensive. Lastly, the adhesive may fracture when it is exposed at high or low temperature because of difference in thermal expansion coefficient of stainless steel and adhesive.
The object of the present work is to suggest a new type of a shock absorber available for a helicopter cockpit. In order to maintain advantage of a bending strap and compensate the defect, a new type of a bending strap using fracture is proposed. Stainless steel 304 and Twinning Induced Plasticity (TWIP) 980 are selected for materials of a bending strap after considering high elongation, high strength and corrosion resistant. Shock absorption capacity of proposed bending strap is predicted by finite element analysis using ABAQUS/EXPLICIT. To carry out accuracy analysis, characteristics of material considering the strain rate effect are used. Uniaxial tension tests are carried out using INSTRON 5583 and High Speed Material Testing Machine for dog-bone specimens. Ductile fracture criterion suggested by Ko and Huh is used to describe accuracy fracture of bending strap. This ductile fracture criterion is considered about maximum principal stress and stress triaxiality. It was verified by applying hub-hole expanding process.
Many parametric studies are carried out to know characteristic of a new bending strap. It is noticed that the shape of tearing part in a bending strap hardly influences shock absorption capacity when analysis carried out considering round, trapezoid and rectangle shape. It is also known that the element size of tearing part in a bending strap barely effects shock absorption capacity. When the bending diameter of a bending strap decreases and the thickness increases, shock absorption capacity increases. Shock absorption capacity of TWIP 980 is about 40 percent higher than that of stainless steel 304. Based on the parametric study result, a new model of a shock absorber is suggested to substitute existing models.
헬리콥터가 추락시 조종사를 보호하기 위하여 조종석의 충격흡수 장치는 필수적이며 이것은 연료를 절약하기 위하여 작고 가벼워야 된다. 연구원들은 작고 가벼운 충격흡수장치를 많이 개발하였으며 다양한 방식의 충격 흡수장치를 사용하고 있다. 굽힙판재와 접착제를 이용한 충격흡수장치는 구조가 간단하며, 가볍고 충격 흡수능력을 조절할 수 있기때문에 매우 유용하다. 하지만 이것은 세 가지의 문제점을 가지는데 첫번째는 접착제가 온도나 습도에 매우 민감하기 때문이다. 두번째는 가격이 고가이다. 마지막은 스테인리스 강과 접착제의 열 팽창계수가 다르기 때문에 높은 온도나 낮은 온도에 노출되면 접착제가 파단이 발생한다.
이 논문의 목적은 헬리콥터 조종석에서 이용가능한 새로운 형태의 충격흡수 장치를 개발하는 것이다. 굽힘판재의 장점은 유지하고 단점은 보상하기 위하여 파단을 이용한 새로운 형태의 충격흡수 장치를 제안한다. 고연신률, 고강도, 내 부식성 등을 고려하여 스레인리스 강 304 와 TWIP 980 재료를 굽힘 판재의 재료로 선정하였다. 제안된 굽힘 판재의 충격 흡수 장치는 ABAQUS/EXPLICIT 를 이용한 유한 요소 해석에 의해 충격흡수 능력을 예상하였다. 정확한 해석 수행을 위하여 변형률 속도를 고려한 물성치를 이용하였다. 단축 인장시험은 Dog-bone 형상의 시편을 사용하여 INSTRON 5583과 고속 재료 시험기를 이용하였다. 굽힘 판재의 정확한 파단을 묘사하기 위하여 Ko 와 Huh가 제안한 연성파단 모델을 이용하였다. 이 연성파단 모델은 최대 주응력 값과 응력 삼축성 값을 이용하였다. 이것은 허브-홀 공정에 적용되어 증명이 되었던 것이다.
새로운 굽힘 판재의 특성을 알기 위하여 많은 변수들의 대한 연구를 수행하였다. 굽힘 판재의 파단이 발생하는 부분의 형상을 곡선, 직사각형, 사다리꼴 형상으로 변화시켜 가면서 해석을 수행한 결과 파단이 발생하는 부분의 형상은 충격흡수 능력에 거의 영향이 없다는 것을 알게 되었다. 또한 파단이 발생되는 부분 요소 크기도 충격흡수 능력에 거의 영향이 없다는 것을 알게 되었다. 굽핌 판재의 굽힘 직경이 감소하거나 두께가 증가되면 충격흡수 능력은 향상된다. TWIP 980 의 충격흡수 능력이 스테인리스 강 304 보다 약 40% 정도 높다. 여러가지 파라미터에 대한 연구 결과 새롭게 제안된 충격흡수 장치는 기존 모델을 대체한다.
