[논문]Mineral/glass Reinforced Polypropylene Compound 재질 엔진 커버의 구조 및 동적 해석

김범근; 김흥섭; 김용수; 조규철; 정재관

doi:10.7234/kscm.2007.20.3.063

문제 정의

본 연구에서는 유한요소해석 및 실험을 통하여 정적 하중 및 동적 하중 하에서의 엔진 커버의 응력 분포를 파악해보았다. 시험 결과와 해석에서 예측된 값에는 차이가 있었으나, 해석을 통하여 예측된 전반적인 응력 분포의 경향은 시험 결과와 잘 일치하는 것으로 파악되었다.

가설 설정

동적 매개변수를 측정하는 방법은 여러 가지가 있으나, 기본적으로 고유진동수 근처에서 시스템의 응답은 그 고유진동수의 모드에 의해서 지배적으로 영향을 받는다는 가정을 한다. 이러한 측정 방법 중 가장 간단한 방법은 peak-picking 법이 있는데, 이 방법은 별도의 커브 피팅을 사용하지 않고, 실험적 모드해석 (Experimental mode analysis)으로부터 측정된 주파수 응답 함수(Frequency response function) 데이터에서 공진점을 찾아내고 이점의 주파수를 고유진동수, wr로 하며, 이 값의 하프 파워 (-3dB)가 되는 지점의 주파수를 coa, ①b라고 놓으면, 다음의 식에 의하여 감쇠 계수를 결정할 수 있다[7].

제안 방법

실시하였다. ASTM E638의 규격에 따라 시편을 온도 23℃ 솝도 50% 상태에서 48시간 보관 후 0.5mm/min의 일정변위 속도 조건으로 수행하였다(Fig. 2) [6].
모델의 경계 조건으로는 엔진에 장착되어 있는 조건과 동일하게 각 보스부에 볼트로 고정되어지는 부분을 해석상에서 구속시켰다. 그리고 실험적 모드 분석을 통해 찾아낸 감쇠 계수를 적용시켰다. 해석을 통해 계산된 고유 진동수를 실험을 통하여 파악된 고유 진동수와 비교하여 Table 2에 나타낸다.
내구 시험 시 엔진 커버에서의 응력 분포를 파악하기 위하여 응력 해석을 실시하였다. 하중 조건은 내구 시험을 따랐다.
모델의 경계 조건으로는 엔진에 장착되어 있는 조건과 동일하게 각 보스부에 볼트로 고정되어지는 부분을 해석상에서 구속시켰다. 그리고 실험적 모드 분석을 통해 찾아낸 감쇠 계수를 적용시켰다.
본 연구에 사용된 엔진 커버 재질인 Mineral/glass reinforced polypropylene compounds의 재질 특성을 측정하기 위하여 INSTRON 8801 서보유압식 재료시험기를 사용하여 인장 시험을 실시하였다. ASTM E638의 규격에 따라 시편을 온도 23℃ 솝도 50% 상태에서 48시간 보관 후 0.
그러나 많은 연구들이 구조 해석 결과의 검증 없이 수명 예측을 실시하였다. 본 연구에서는 유한 요소 해석을 실시하여 정적 하중 및 동적 하중 하에 엔진 커버의 강도를 분석 하고 시험을 실시하여 해석 결과를 검증하였다.
엔진 커버의 내구 시험 조건과 동일하게 엔진 커버를 실험 지그에 볼트로 고정하였으며, 가진기(B&K 4810) 로부터발생된 0~200Hz 주파수 범위의 신호는 가속도계(B&K 4394) 와 증폭계(B&K 2718)을 이용하여 측정하였다. 이렇게 측정된 데이터들은 신호처리 과정을 거친 후 감쇠계수를 결정하는데 이용되었다.
유한 요소 해석 결과를 검증하기 위하여, 엔진 커버의 부스 부위에 스트레인 게이지를 부착하여 내구 시험 중 변형률을 측정하였다 (Fig. 5(b)).
많이 수행되어져 왔다[2-5]. 이러한 연구에서는 유한요소해석을 이용하여 동적 하중에 의한 파손 부위를 예측하고 분석하였다. 그러나 많은 연구들이 구조 해석 결과의 검증 없이 수명 예측을 실시하였다.
이러한 해석 모델을 이용하여, 볼트 체결에 의한 정적 하중 해석 (Static analysis), 고유진동수 해석 (Modal analysis) 및 동적 하중 해석(Transient modal dynamic analysis)을 실시하였다.
5(b)). 이렇게 측정된 변형률을 변환시켜내구 시험 중 엔진 커버에서 발생되는 응력을 측정하였다.
볼트 체결에 의한 정적 하중을 첫 번째 하중 조건으로, 가진에 의한 동적 하중을 두 번째 하중 조건으로 입력하였다. 정적 하중으로는 볼트 체결 시 발생되는 변형량을 볼트 체결 면에 부여함으로써 입력하였고, 동적 하중으로는 내구 시험의 가진 주파수인 108.15Hz (2번째 고유진동수), 15g의 조건을 볼트 체결 부위에 입력하였다. Fig.

대상 데이터

4는 본 연구에서 사용된 엔진 커버의 형상 및 유한요소 해석 모델을 나타낸다. 해석 모델은 사면체 2차 요소 (Tetra element)를 이용하여 구성하였으며, 요소 수는 92, 552 개이고, 절점 수는 31, 430개이다.

데이터처리

엔진 커버의 동적인 특성을 파악하기 위해 상용 구조해석프로그램인 ABAQUS# 이용하여 고유진동수 해석을 실시하였다[8]. 모델의 경계 조건으로는 엔진에 장착되어 있는 조건과 동일하게 각 보스부에 볼트로 고정되어지는 부분을 해석상에서 구속시켰다.

이론/모형

엔진 커버의 실험적 모드 분석에서 측정된 동적 데이터는 peak-picking법에 의하여 엔진 커버의 고유진동수와 감쇠 계수를 결정하기 위하여 이용되었다. Fig.

성능/효과

84 MPa의 범위에서 응력변화가 나타나, 시험 결과보다 낮은 진폭으로 응력 변화를 나타내는 것으로 파악되었다. 또한 해석 결과의 경우, 동적 하중 하에서 응력 의 진폭이 수렴되는 시간이 길게 나타나는 것으로 파악되었다.
본 연구에 사용된 엔진 커버의 경우, 정적 하중에 의한 영향이 매우 큰 것으로 알 수 있었으며, 볼트가 체결되는 보스 부근의 응력 집중이 구조적으로 가장 취약한 것으로 판명되었다. 포괄적인 내구 현상 파악 및 평가를 위해서는 피로 수명 해석이 필요할 것으로 파악된다.
5(a)), 응력 집중이 크지 않은 것으로 파악되었다. 시간에 따른 응력 분포를 검토한 결과, 보스 부위에 형성된 응력 분포는 가진에 의하여 주기적으로 변화되는 것으로 알 수 있었다.
측정된 인장 시험 결과를 Table 1에 나타낸다. 시험 결과 polypropylene compounds 의 강도와 탄성계수는 nylon compounds 에 비해 현저히 낮은 것으로 파악되었다. 측정된 재질 특성은 해석모델에 적용되었다.
시험 결과와 해석에서 예측된 값에는 차이가 있었으나, 해석을 통하여 예측된 전반적인 응력 분포의 경향은 시험 결과와 잘 일치하는 것으로 파악되었다. 이러한 해석 결과와 시험 결과 사이의 긴밀한 상관관계는 해석 결과가 시스템의 정적, 동적 반응을 잘 나타내주고 있음을 알 수 있었다.
해석을 통해 계산된 고유 진동수를 실험을 통하여 파악된 고유 진동수와 비교하여 Table 2에 나타낸다. 시험값과 해석 결과가 잘 일치하고 있는 것으로 나타났다.
시험 결과와 해석에서 예측된 값에는 차이가 있었으나, 해석을 통하여 예측된 전반적인 응력 분포의 경향은 시험 결과와 잘 일치하는 것으로 파악되었다. 이러한 해석 결과와 시험 결과 사이의 긴밀한 상관관계는 해석 결과가 시스템의 정적, 동적 반응을 잘 나타내주고 있음을 알 수 있었다.
06 MPa의 범위에서 응력 변화가 나타나 동적 하중에 의한 응력 집중의 크기가 그다지 크지 않은 것으로 파악되었다. 해석 결과의 경우, 정적 하중의 크기가 실험값과 비슷한 수준(0.54 MPa)으로 파악되었으나, 동적 하중 하에서는 0.24 MPa~0.84 MPa의 범위에서 응력변화가 나타나, 시험 결과보다 낮은 진폭으로 응력 변화를 나타내는 것으로 파악되었다. 또한 해석 결과의 경우, 동적 하중 하에서 응력 의 진폭이 수렴되는 시간이 길게 나타나는 것으로 파악되었다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

Mineral/glass Reinforced Polypropylene Compound 재질 엔진 커버의 구조 및 동적 해석
Structural and Dynamic Analysis of Mineral/glass Reinforced Polypropyolene Compound Automotive Engine Cover 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

Mineral/glass Reinforced Polypropylene Compound 재질 엔진 커버의 구조 및 동적 해석 Structural and Dynamic Analysis of Mineral/glass Reinforced Polypropyolene Compound Automotive Engine Cover 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김범근 (5)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

Mineral/glass Reinforced Polypropylene Compound 재질 엔진 커버의 구조 및 동적 해석
Structural and Dynamic Analysis of Mineral/glass Reinforced Polypropyolene Compound Automotive Engine Cover 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper