스탬핑 시뮬레이션 사례를 통해 본 실시간 가변 마찰 적용의 중요성

최근 들어 진보된 마찰 모델(Advanced Friction Model)의 등장으로 실시간으로 변화하는 마찰계수를 성형성 시뮬레이션에 반영하려는 시도가 자동차 메이커를 중심으로 활발하게 진행되고 있다. 이 글에서는 마찰의 중요성 함께 실시간 가변 마찰계수 적용의 성공적인 사례를 알아보고자 한다.

■ 이찬호 | 오토폼엔지니어링코리아 기술지원팀의 이사이다. 대우자동차 금형설계팀을 거쳤으며, 현재는 AutoForm 솔루션 가운데 주로 TriboForm 및 Sigma와 관련된 기술지원 및 프로젝트 업무를 수행하고 있다.
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1. 마찰의 개요
마찰은 우리가 생활하는데 있어서 없어서는 안될 중요한 물리적 현상으로, 마찰이 존재하지 않는다면 아마도 우리는 현재의 삶을 영위할 수 없을 것이다. 이렇듯 우리 생활과 밀접한 관련이 있는 마찰이라는 현상은 오래전부터 많은 학자들의 관심의 대상이었다. 
마찰을 연구하는 학문을 뜻하는 ‘Tribology’는 고대 그리스 언어에서 문지르다는 의미의 ‘tribos(τρίβοσ)’와 학문을 뜻하는 접미사 ‘-ology’가 합쳐진 것이다. 접촉한 두 물체의 표면이 서로 미끄러질 때 나타나는 현상을 연구하는 학문이라고 할 수 있는데, 일반적으로 마찰로 인해 야기되는 마모와 윤활 문제까지 포괄적으로 다루게 된다. 인류 역사를 거슬러 올라가 보면 기원 전 3500년경 메소포타미아에서는 무거운 물건을 옮길 때 마찰을 줄일 수 있도록 바퀴를 발명해서 사용했으며, 기원 전 1900년경 고대 이집트 그림을 보면 거대한 동상을 무덤으로 옮기는 과정에서 윤활의 개념이 사용되었음을 알 수 있다.(그림 1)

 

그림 1. 메소포타미아에서 발견된 고대 바퀴와 이집트의 윤활 개념의 적용

이러한 마찰에 대한 연구는 15세기 이후 레오나르도 다빈치(Leonardo Da Vinci), 기욤 아몽통(Guillaume Amontons), 찰스 쿨롱(Charles Coulomb) 등의 학자들에 의해 연구되고 이론적 배경이 정립되기 시작하였다. 이 가운데 쿨롱은 “마찰력은 가해지는 하중의 크기에 비례한다”는 쿨롱의 법칙을 18세기에 발표하였고, Amontons-Coulomb’s law로 알려진 이 법칙은 오늘날에도 여전히 사용되고 있다.