Abstract
The function of gas springs is based on the compression of a gas. They are used in a wide variety of industries, and demand for them is increasing. Gas springs can be divided into compression and extension springs. Extension springs have not been studied much in relation to control of the piston speed, unlike compression springs. In this study, the magnitude of the piston rebound pressure was theoretically predicted by calculating the pressure loss in a double-cylinder extension gas spring. Numerical simulations of the piston behavior were carried out for small and large amounts of friction between the piston and the cylinder. FLUENT was used for the simulation with a 6-DOF model and UDF to simulate the behavior of the piston. The calculation regions of the front and rear of the piston were separated, and different types of grids were generated in the regions to implement a dynamic mesh using only a layering method. The results show that the piston returns with the target speed in both cases. However, the patterns of the piston behavior reaching the final speed are different.
가스스프링은 가스가 압축될 때 가지게 되는 압력을 스프링과 같이 사용하는 형태로, 광범위한 산업분야에 사용되고 있고 그 수요 또한 증가하고 있다. 이 가스스프링은 압축 스프링과 인장 스프링으로 나뉠 수 가 있는데, 압축 스프링과 달리인장 스프링의 경우는 피스톤 속도 제어에 대한 연구가 많이 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 2중 실린더 구조를 갖는 인장 가스스프링에서의 압력 손실 계산을 통하여 피스톤 반발압력의 크기를 이론적으로 예측하였고, 피스톤과 실린더 사이의 마찰이 작은 경우와 큰 경우에 대하여 피스톤의 실제 거동을 모사해 보았다. 수치해석을 위해서는 유동해석분야에서 가장 널리 사용되고 있는 FLUENT를 이용하였고, 피스톤의 거동을 모사하기 위하여 FLUENT에서 제공하는 6-DOF 모델과 사용자정의함수(User Defined Function)를 사용하였다. 격자는 Layering 기법만으로도 Dynamic mesh가 성공적으로 구현되도록 피스톤 전후의 유동영역을 따로 분할하여 다른 형태의 격자를 생성하였다. 해석 결과 두 경우 다 최종적으로는 목표로 하는 속도로 피스톤이 복귀하는 결과를 보였으나, 최종 속도에 도달하는 과정에서 다른 차이를 보였다.