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최근, 여러 자동차 회사에서 연비향상에 대한 다양한 연구가 진행되고 있으며 경량화와 충돌 성능을 동시에 만족시키기 위해 보다 심층적인 연구를 진행하고 있다. 특히 충돌 성능 향상과 경량화 모두를 만족하기 위해 최적설계와 경량화 재료의 활용에 대한 관심도가 높아지고 있다. 최적 설계에 대한 연구는 형상을 최적화 하는 Topology 최적화, Shape 최적화와 Size 최적화 등 다양한 ...

최근, 여러 자동차 회사에서 연비향상에 대한 다양한 연구가 진행되고 있으며 경량화와 충돌 성능을 동시에 만족시키기 위해 보다 심층적인 연구를 진행하고 있다. 특히 충돌 성능 향상과 경량화 모두를 만족하기 위해 최적설계와 경량화 재료의 활용에 대한 관심도가 높아지고 있다. 최적 설계에 대한 연구는 형상을 최적화 하는 Topology 최적화, Shape 최적화와 Size 최적화 등 다양한 최적화 기법을 통해 연구가 진행되고 있다. 경량화 재료의 측면에서는 보다 강하고, 보다 가벼워 기존의 스틸을 대체할 수 있는 알루미늄과 마그네슘, CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)가 사용되고 있지만 생산과 비용적인 측면 때문에 광범위하게 사용되지는 못하는 실정이다. 본 연구에서는 재료적인 측면과 최적 설계를 고려하여 경량 범퍼빔을 설계하고자 한다. RCAR(Research Council for Automobile Repairs) 충돌실험을 재현하기 위한 FE 모델을 구성하고 10km/h 저속충돌 기준으로 비선형 충돌해석을 진행하였다. 두께최적화를 통해 경량화 모델을 도출하고 최적화 된 범퍼 빔 충돌해석을 통해 최적화 된 모델을 검증하였다. 먼저 AHSS(Advanced High Strength Steel)을 이용하여 기초 모델링을 한 뒤 최적설계를 통해 최적화 모델을 도출하였다. 그 다음 경량화 재료 CFRP를 일부 범퍼 빔 (Back Plate)에 적용하고 범퍼 빔의 size 최적화 및 Composite 최적화를 통해 최적설계 모델을 도출하고 검증하였다. 충돌해석을 고려한 비선형 최적화 기법을 제안하고 이를 이용하여 충돌해석과 복합재 최적화를 동시에 고려하는 방안을 연구하였다. 이번 연구를 통해 기존 AHSS 범퍼 빔 대비 AHSS/CFRP 복합구조 범퍼 빔이 26.4%의 경량화 되었고 충돌 성능 또한 더 우수하다는 결과를 얻을 수 있었다.