Experimental and Analytical Study on Temperature-Dependent Impact Damage in Composite Leaf Springs

차량 연비 향상과 친환경 규제 강화에 따라 강철 리프스프링을 경량 GFRP(glass fiber reinforced plastic) 복합재로 대체하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 GFRP 리프스프링은 주행 중 비산물 충격에 노출되어 층간 분리 및 디본딩 등 내부 손상이 발생할 수 있어, 충격 손상에 대한 정량적 평가와 손상 허용 기준 정립이 요구된다. 본 연구에서는 온도 변화를 고려한 충격 시험을 통해 GFRP 리프스프링의 충격 손상 허용 기준을 도출하였다. 상온에서 80, 100, 120 J 조건의 시험 결과, 육안 식별 가능 손상(VID: visible impact damage)을 만족하는 120 J를 기준 충격 에너지로 선정하였다. 이를 저온 및 고온 시험에 동일하게 적용하였으며, 저온조건에서 최대하중이 상온대비 31.9% 증가하였다. 또한 외연적 유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA를 활용하여 실험 결과를 검증하였고, 최대 하중 기준 약 2% 이내의 오차로 유사한 충격 거동을 확인하였다.