자동차 산업에 사용되는 첨단 재료 – 리뷰

  • 제목: 자동차 산업에 사용되는 첨단 재료 - 리뷰
  • 저자: Karthik Sivanur, K. V. Umananda, and Dayanand Pai
  • 출판 연도: 2021년
  • 출판 저널/학술 단체: AIP Conference Proceedings
  • 키워드: Light weight, economic ampleness, carbon fiber, ergonomics and mechanical properties (경량, 경제적 풍부함, 탄소 섬유, 인체 공학, 기계적 성질)
FIGURE 1. Structure of graphitic crystals[3]
FIGURE 1. Structure of graphitic crystals[3]
FIGURE 2. Light Vehicle Metallic Material Trends, North America [12, 13]
FIGURE 2. Light Vehicle Metallic Material Trends, North America [12, 13]
FIGURE 3. Pie chart of Al consumption for automotive Industry in European countries. [23]
FIGURE 3. Pie chart of Al consumption for automotive Industry in European countries. [23]

2. 초록 또는 서론

초록:
본 리뷰 논문은 자동차의 경제성, 효율성 및 성능에 영향을 미치는 경량 재료에 대해 밝힙니다. 탄소 섬유와 알루미늄은 강철과 같은 다른 금속에 비해 더 가벼운 경향이 있으며 자동차 분야에서 더 광범위하게 활용될 수 있습니다. 고품질 강철 재료는 재활용이 가능하여 재료를 재정적으로 생산적으로 만듭니다. 탄소 섬유는 자동차 산업에서 사용되는 기존 재료와 비교했을 때 파괴에 대한 저항력이 높습니다.

고품질 강철 재료는 비용 효율적입니다. 차량에서 탄소 섬유에 대한 지속적인 관심 증가는 고유한 특성 배열과 관련이 있습니다. 차량 구조에서 탄소 섬유의 활용은 두 가지 구성 요소, 즉 섬유 재료 비용, 즉 자동차 산업에 사용되는 다른 강철보다 비싸고, 현대 대규모 생산 조건에서 자동차 차체를 조립하는 데 어려움이 있어 방해를 받습니다. 그럼에도 불구하고 구조물의 효율성은 재료의 비용에 대해서만 평가해서는 안 되며, 계층적, 운영적, 조립 및 계획과 같은 생산성을 제공하는 다른 수단을 고려해야 합니다.

서론
더욱 친환경적인 차량에 대한 관심이 높아지면서 필수품 사용량 감소와 경제성이 자동차 산업의 시험대가 되고 있습니다. 탄소 섬유의 특징적인 속성, 즉 중량 대비 최고 수준의 견고성, 뛰어난 성형성, 탁월한 부식 방지 및 재활용 가능성은 자동차 산업에서 중량 감소 요구에 대응하기 위해 더 무거운 재료(강철 또는 구리)를 대체할 수 있는 이상적인 가능성을 제시합니다.

금전적 및 정규적 필요성을 충족하고 운전 편의성 향상에 대한 요구를 충족하는 데 도움이 되는 탄소 섬유를 사용한 자동차 개선에 대한 재료 보증 및 창의적인 아이디어가 검토되었습니다[3]. 경량화 및 충돌 가치 가장자리에 대한 더 높은 품질과 더 나은 성형성에 대한 확장된 요구 사항을 위해 만들어진 탄소 섬유 아말감과 재정적 및 일반적인 필요성을 충족하고 향상된 운전 편의성에 대한 요구를 충족하는 데 도움이 되는 탄소 섬유를 사용한 재료 선택 및 혁신적인 자동차 개선 아이디어의 주조 부품과 같은 탄소 섬유 반제품의 특정 발전이 검토되었습니다.

경량화 및 충돌 가치 관점에 대한 더 높은 품질과 더 나은 성형성에 대한 증가하는 요구 사항을 위해 만들어진 탄소 섬유 아말감과 탄소 섬유 반제품 주조의 특정 발전. 따라서 탄소 섬유는 자동차 산업에서 가장 많이 사용되는 금속이며 다양한 충격 스택 및 시도[38]를 받을 수 있습니다. 상당한 규모의 노력뿐만 아니라 소규모 조직에서도 사용됩니다[2,3].

3. 연구 배경:

연구 주제 배경:

자동차 산업은 필수품 사용을 줄이고 경제성을 개선하는 더욱 친환경적인 차량을 개발해야 한다는 압력에 직면해 있습니다. 이는 경량 재료의 탐색과 채택을 필요로 합니다.

기존 연구 현황:

기존 연구에서는 금전적 및 정규적 필요성을 충족하고 운전 편의성을 향상시키기 위해 탄소 섬유를 사용한 재료 보증 및 창의적인 자동차 개선을 검토했습니다[3]. 연구는 또한 더 높은 품질, 더 나은 성형성, 경량화 및 충돌 가치 가장자리를 위한 탄소 섬유 아말감에 초점을 맞췄습니다. 재정적 및 일반적인 필요성을 충족하고 운전 편의성을 향상시키는 것을 목표로 재료 선택 및 혁신적인 자동차 개선 아이디어의 주조 부품과 같은 탄소 섬유 반제품의 특정 발전이 고려되었습니다.

연구의 필요성:

본 연구는 자동차 산업에서 더 무거운 재료(예: 강철 또는 구리)를 대체할 수 있는 적합한 경량 재료를 식별하고 검토하여 자동차 산업의 중량 감소 요구 사항을 해결하는 데 필요합니다. 이러한 변화는 더욱 친환경적인 차량을 만들고 진화하는 산업 요구 사항을 충족하는 데 매우 중요합니다.

4. 연구 목적 및 연구 질문:

연구 목적:

본 리뷰 논문은 경량 재료와 자동차의 경제성, 효율성 및 전반적인 성능에 미치는 영향에 대한 통찰력을 밝히는 것을 목표로 합니다.

핵심 연구:

주요 연구 분야는 다음 사항에 대한 조사입니다.

  • 강철과 같은 전통적인 재료에 대한 더 가벼운 대안으로서의 탄소 섬유 및 알루미늄.
  • 재활용성 및 비용 효율성에 초점을 맞춘 고품질 강철 재료.
  • 자동차 산업에서 잠재력이 있는 또 다른 경량 재료인 마그네슘.

연구 가설:

명시적으로 가설로 명시되지는 않았지만, 연구는 탄소 섬유, 알루미늄, 고품질 강철 및 마그네슘과 같은 경량 재료를 활용하면 다음 사항에 크게 기여할 수 있다는 전제를 암묵적으로 탐구합니다.

  • 차량 경제성 및 효율성 향상.
  • 차량 성능 향상.
  • 전체 차량 중량 감소.
  • 안전 및 구조적 무결성 유지 또는 개선.

5. 연구 방법론

연구 설계:

본 연구는 자동차 산업의 첨단 재료에 대한 포괄적인 개요를 제공하기 위해 기존 문헌을 종합하는 리뷰 논문 설계를 채택합니다.

자료 수집 방법:

자료 수집 방법은 자동차 응용 분야의 경량 재료와 관련된 기존 연구 논문, 기사 및 출판물에 대한 철저한 검토를 포함합니다.

분석 방법:

분석 방법은 경량 자동차 재료 분야의 주요 동향, 응용 분야 및 연구 격차를 식별하기 위해 검토된 문헌에서 수집된 정보를 요약, 종합 및 비판적으로 평가하는 것을 기반으로 합니다.

연구 대상 및 범위:

본 연구는 자동차 산업과 관련된 경량 재료에 초점을 맞춥니다. 범위는 다음을 포함합니다.

  • 재료 유형: 탄소 섬유, 알루미늄, 마그네슘 및 고강도 강철(AHSS).
  • 응용 분야: 다양한 자동차 부품 및 구조물에서 이러한 재료의 활용.
  • 성능 매개변수: 차량 중량, 경제성, 효율성, 안전성 및 성능에 대한 경량 재료의 영향.

6. 주요 연구 결과:

핵심 연구 결과:

  • 탄소 섬유 및 알루미늄: 이들 재료는 강철보다 가벼운 경향이 있으며 자동차 분야에서 더 광범위하게 활용될 수 있습니다.
  • 고품질 강철 재료: 이들 재료는 재활용성이 뛰어나 재정적으로 생산적이고 비용 효율적입니다.
  • 탄소 섬유 특성: 탄소 섬유는 자동차 산업의 기존 재료에 비해 파괴에 대한 저항력이 높으며 차량 제조에서 지속적으로 관심을 받고 있는 고유한 특성 배열을 가지고 있습니다.
  • AHSS 이점: AHSS(Advanced High Strength Steel)는 보안 부품과 자동차 차체 및 골격의 기본 부품에 사용될 때 가장 유리하며 상당한 중량 감소를 제공합니다.
  • 마그네슘 기여: 마그네슘은 차량 중량 감소 및 질량 감소의 후기 진행에 기여하는 주요 재료로 인식됩니다.
  • 알루미늄 활용 증가: 자동차 응용 분야에서 알루미늄 활용은 지난 5년 동안 80% 이상 증가하여 산업에서 중요성이 증가하고 있음을 나타냅니다.

제시된 데이터 분석:

  • 표 1: "Global carbon fiber consumption [4-6,10]" - 이 표는 2000년부터 2011년까지 탄소 섬유의 전 세계 소비 추세를 보여주며 항공 및 우주, 산업 및 스포츠 용품 부문에서 채택이 증가하고 있음을 보여줍니다.
  • 표 2: "Discussion of the carbon fiber and its application in automotive industry [1-10]" - 이 표는 탄소 섬유의 특성, CRP 응용 분야, 제작 및 강화 플라스틱/복합재와 같은 자동차 부품에서의 응용 분야를 자세히 설명하고 결과 및 의미를 논의하여 잠재력과 비용과 같은 과제를 강조합니다.
  • 표 3: "Discussion of the High Strength steel and its application in automotive industry [13-20]" - 이 표는 고강도 강철을 검토하고 진화, 설계, 강도 및 성형성과 같은 특성과 자동차 구조에서의 응용 분야에 중점을 둡니다. 결과는 보안에 대한 관심 증가와 미래의 경쟁 재료로서의 역할을 강조합니다.
  • 표 4: "Discussion of the Magnesium and its application in automotive industry [21-24]" - 이 표는 마그네슘 합금, 설계, 제조, 중량 및 안전 측면과 섀시, 내부 패널 및 좌석에서의 응용 분야를 논의합니다. 결과는 비즈니스 과제와 조립, 관리, 이점 실행 및 비용에 대한 노력의 필요성을 지적합니다.
  • 표 5: "Discussion of the Aluminium and its application in automotive industry [23-33]" - 이 표는 알루미늄 및 합금을 탐구하고 성형성, 브레이징성, 강도 및 부식과 자동차 산업 및 실험적 테스트의 추세에 중점을 둡니다. 결과는 알루미늄이 판재 강철에 대한 장기적인 위험 요소가 될 가능성과 다양한 자동차 응용 분야에 대한 적합성을 나타냅니다.
  • 그림 1: "Structure of graphitic crystals[3]" - 이 그림은 탄소 섬유의 흑연 결정 구조를 시각적으로 나타냅니다.
  • 그림 2: "Light Vehicle Metallic Material Trends, North America [12, 13]" - 이 그림은 북미 지역의 경량 차량 금속 재료 사용 추세를 보여주는 원형 차트로, 알루미늄 및 마그네슘, 연강, 베이크 경화성 및 중간 HSS, 기존 HSS 및 고급 HSS의 비율을 보여줍니다.
  • 그림 3: "Pie chart of Al consumption for automotive Industry in European countries. [23]" - 이 그림은 1994년과 2005년 유럽 국가의 자동차 산업에서 알루미늄 소비량을 비교한 원형 차트를 제시하며 판재, 압출재, 주조 및 단조별로 분류됩니다.

그림 목록:

  • FIGURE 1. Structure of graphitic crystals[3] (흑연 결정 구조[3])
  • FIGURE 2. Light Vehicle Metallic Material Trends, North America [12, 13] (경량 차량 금속 재료 동향, 북미[12, 13])
  • FIGURE 3. Pie chart of Al consumption for automotive Industry in European countries. [23] (유럽 국가의 자동차 산업에서 알루미늄 소비량 원형 차트[23])

7. 결론:

주요 연구 결과 요약:

본 리뷰는 자동차의 안전성 향상에 대한 요구가 증가함에 따라 자동차 산업에서 AHSS(Advanced High Strength Steel)가 중요한 재료로 자리매김하면서 더 높은 품질의 재료가 필요하다는 결론을 내립니다. AHSS, 탄소 섬유, 마그네슘 및 알루미늄은 자동차 안전성, 효율성 향상 및 차량 중량 감소를 위한 핵심 재료로 확인되었습니다. 탄소 섬유는 가장 많이 사용되는 재료로 강조되었으며, AHSS는 재료 부피 감소를 통해 비용 문제를 신속하게 조정하고 있습니다. 강철은 여전히 ​​녹색 경제의 중심이며, 마그네슘은 중량 감소 및 성능 업그레이드를 위한 전략을 제공합니다. 2상 및 마르텐사이트 강철은 가치, 성형성 및 용접 한계의 조합을 제공하여 차체 구조 부품 및 안전 부품(예: 게이트웨이 영향 막대, 보호 시스템 및 좌석 구조)에 적합합니다.

연구의 학문적 의의:

본 연구는 자동차 산업의 첨단 재료 및 응용 분야에 대한 포괄적인 검토를 제공하여 자동차 설계의 재료 과학 및 공학에 대한 학문적 이해에 기여합니다. 다양한 연구의 결과를 통합하여 해당 분야의 연구원 및 전문가에게 귀중한 리소스를 제공합니다.

실용적 의미:

본 연구 결과는 자동차 설계 및 제조의 재료 선택에 대한 실용적인 지침을 제공합니다. AHSS, 탄소 섬유, 마그네슘 및 알루미늄과 같은 경량 재료의 이점과 응용 분야를 강조함으로써 본 리뷰는 엔지니어와 제조업체가 경량화, 향상된 차량 성능, 향상된 안전성 및 연비 효율성을 달성하기 위한 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 됩니다.

연구의 한계 및 향후 연구 분야:

본 논문에서는 한계점을 명시적으로 자세히 설명하지 않습니다. 그러나 향후 연구 분야는 언급된 미래 범위에서 추론할 수 있습니다.

  • 대량 자동차 생산에서 탄소 섬유 및 마그네슘의 비용 효율성 및 확장성에 대한 추가 조사.
  • AHSS의 응용 분야를 확장하고 성형성 및 용접성을 개선하기 위한 지속적인 연구 개발.
  • 자동차 구조에서 성능을 향상시키기 위한 새로운 알루미늄 합금 및 가공 기술 탐색.
  • 환경적으로 책임 있는 자동차 제조를 보장하기 위한 이러한 첨단 재료의 수명 주기 평가 및 지속 가능성 분석.

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9. 저작권:

  • 본 자료는 "[Karthik Sivanur, K. V. Umananda, and Dayanand Pai]"의 논문: "[Advanced materials used in automotive industry-a review]"을 기반으로 함.
  • 논문 출처: https://doi.org/10.1063/5.0036149

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