선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 휴대폰 완제품을 낙하시키는 경우와 부속품인 LCD 모듈만을 따로 낙하시켰을 때에 LCD 유리패널에 인가되는 응력을 각각 산출하여 상호 비교하였고, 균열 발생가능성에 대하여 정량적으로 예측하여 설계개선 방향을 제시하였다.
제안 방법
- 1) LCD 모듈과 휴대폰에 대한 기구적 신뢰성을 평가하기 위하여 낙하시험을 실시하였고, 낙하 시물체가 튀어 오르는 높이를 측정하여 평균 충격력을 계산하였다.
- 2) LCD 모듈과 휴대폰 완제품의 실물을 기준으로 LCD 유리 패널의 강도를 효율적으로 평가할 수 있는 해석모델을 구성하였고, 유한 요소 법으로 최대 주 웅력을 계산하여 내 충격성에 대한 구조적인 신뢰성을 판단할 수 있는 방법을 제시하였다.
- Choi, S.S.5 등의 연구에 LCD 유리를 비롯하여 휴대폰에 적용되는 주요 부품들에 대한 물성치가 일부 수록되어 있으며, 본 연구에서는 기존에 발표된 논문들이 제시하고 있는 물성치 자료들을 취합한 후, 실험으로 산출된 값들과 비교하여 각 부품별로 가장 타당성이 높다고 판단되는 수치들을 적용하였다.
- LCD 모듈이 조립된 휴대폰 완제품 모델은 Fig. 9 과 같이 3가지 낙하방향을 설정하여 해석을 수행하였다. 폴더가 닫힌 상태에서 2 가지 방향, 폴더가 열린 상태에서 1 가지 방향을 정하여 각각의 해석 결과를 도출하였다.
- 구성 부품들에 대한 정확한 물성치 (material property)의 확보는 신뢰성 있는 해석결과를 도출하기 위한 전제 조건으로 본 연구에 적용된 주요 물성치들은 인장 시험 등과 같은 기계적 강도시험들을 통하여 산출하였다.
- 본 연구에서는 마찰계수(coefficient of kinetic friction) 0.4, 댐 핑 비 (damping ratio) 0.01의 주철 (cast iron) 바닥 면(bottom plate)이 장착된 충격시험기를 사용하였으며, 공중에서의 자세 제어를 위한 별도의 시험 장치는 구성하지 않은 상태에서 자유낙하시험을 수행하였다.
- 상호 비교한 것이다. 부품 별 물성치의 밀도를 조절하여 해석 모델의 무게를 실제 모델의 무게에 근접하도록 조정하였다.
- 선행 연구사례들의 실험적 근거들을 바탕으로 본 연구에서는 1.0 ms 의 At 를 적용하여 평균 낙하충격력을 계산하였다.
- 2 의 폴더 형 휴대폰을 사용하였으며, LCD 모듈의 단품 상태와 LCD 모듈이 조립된 휴대폰 완제품 상태에 대하여 각각 L5m 높이에서 자유낙하를 시켜 LCD 유리패널에 균열이 발생하는지 여부와 물체의 충돌 거동을 관찰하였다. 시험 시 Fig. 3 에 정의한 대로 제품의 각 면에 대한 방향으로 낙하시험을 실시하였으며, 폴더형 (foldertype) 휴대폰의 경우에는 폴더가 열린 상태에서의 시험을 추가하였다.
- 시험용 시료는 Fig. 2 의 폴더 형 휴대폰을 사용하였으며, LCD 모듈의 단품 상태와 LCD 모듈이 조립된 휴대폰 완제품 상태에 대하여 각각 L5m 높이에서 자유낙하를 시켜 LCD 유리패널에 균열이 발생하는지 여부와 물체의 충돌 거동을 관찰하였다. 시험 시 Fig.
- 제품의 기구적 신뢰성을 점검하기 위해 설계단계에서 사용환경, 운송환경, 생산환경에서 발생 가능한 조건들을 고려한 시험항목으로 품질평가를 실시하며, 휴대폰의 경우에는 지상으로부터 일정 높이(test height)에서 제품을 떨어뜨린 후 제품이 정상적으로 동작하는지 여부와 외관의 파손 여부를 확인하는 낙하 시험(drop test)을 수행하게 된다.
- 선별하여 계산을 수행하였다. 취약 방향은 개발 단계에서의 낙하 시험 중 불량 발생 빈도를 기준으로 선정하였다.
- 9 과 같이 3가지 낙하방향을 설정하여 해석을 수행하였다. 폴더가 닫힌 상태에서 2 가지 방향, 폴더가 열린 상태에서 1 가지 방향을 정하여 각각의 해석 결과를 도출하였다.
- 해석 작업 시 충격에 취약하다고 판단되는 낙하 방향을 선별하여 계산을 수행하였다. 취약 방향은 개발 단계에서의 낙하 시험 중 불량 발생 빈도를 기준으로 선정하였다.
- 방법으로 결합이 되어 있다. 해석모델 상에서 부품들 사이의 결합을 정의하기 위하여 볼트채결 부분에는 강체(rigid body)결합을 적용하였고, 양면 테이프로 접착되는 부분은 요소 상의 노드 (node)들을 서로 묶어주는 방식으로 표현하였다.M
- 있다. 해석모델은 실제 제품의 형상을 최대한 반영하되, LCD 유리패널의 응력산출에 직접적으로 관련이 되는 부품들을 중심으로 실제 모델을 재구성하였다.
데이터처리
- 시험 결과의 신뢰성을 확보하기 위하여 다수의 시편으로 반복시험을 실시하여 평균값(mean)과 표준편차 값(standard deviation)을 산출했으며, 표준 편차 값이 클수록 불규칙하게 튀어 오르는 빈도가 높다고 판단할 수 있다. Table 1 에서 휴대폰 측면 (side) 방향에 대한 낙하 시의 표준 편차 값이 상대적으로 높은 것으로 나타났는데, 이는 물체가 지면과 충돌하는 순간에 접촉하는 부분이 모서리가 될 확률이 다른 낙하 방향에 비해 상대적으로 높기 때문인 것으로 판단된다.
- 유한요소 모델 생성에는 매쉬 생성 소프트웨어인 Altair HyperMesh 를, 해석 수행에는 비선형 충돌해석 전용 소프트웨어인 PAM/CRASH 2G 를 각각 이용하였다.
성능/효과
- 3) 낙하 시험 시 떨어뜨리는 방향에 따라 LCD 유리 패널 상에 인가되는 최대 주 응력의 차이가 있음을 확인하였고, 구조적인 내 충격성을 향상시키는 데 참조 가능한 설계 지침들을 제시하였다.
- 계산을 수행한 결과, 휴대폰 완제품을 낙하 시켰을 경우에 외곽 케이스(case)에 가해지는 평균 충격력이 LCD 모듈만을 별도로 낙하 시켰을 경우의 충격력에 비하여 약 9.5 배 정도 큰 것으로 산출되었다. 이 같은 이유 때문에 제품 개발 시 휴대폰 외곽 케이스의 표면으로부터 LCD 모듈로 전달되는 충격력을 완화시킬 수 있는 방안이 반드시 고려되어야 한다.
- 본 연구에서는 LCD 유리패널 상의 최대 주 응력 값이 70 MPa을 초과할 때 크랙과 같은 파손 발생의 가능성이 상대적으로 높은 것으로 판단하였다.
- 시험 결과 모든 낙하방향에 대하여 LCD 모듈과 폴더 형 휴대폰 완제품 상의 LCD 유리 패널에 균열이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다.
- 해석 결과로부터 산출된 평균 충격력 값을 실제 낙하시험 결과 h2 를 이용하여 계산된 값들과 비교했을 때 80% 내외의 수준에서 상호 일치하였다.
- 휴대폰 완제품에서 위쪽 폴더 방향으로의 평균 낙하 충격력은 아래쪽 폴더 방향의 평균 충격력에 비해 약 4.6% 정도 높지만, LCD 유리 패널에 인가되는 최대 응력은 위쪽 폴더 방향으로 낙하하는 경우가 아래쪽 폴더 방향으로 낙하하는 경우에 비해 2 배 이상 높다는 것을 확인할 수 있다. (Table 5 참조) 이는 휴대폰의 기구적 구조 상 아래쪽 폴더의 부품들이 위쪽 폴더에 위치한 LCD 유리 패널로 전달되는 낙하 충격력을 어느 정도 완충시켜주기 때문인 것으로 판단된다.
- 휴대폰 완제품이 낙하하는 상황에 대한 해석 결과를 분석한 결과, 지면과의 최초 충격 발생 시 780 ~ 840 N 범위의 피크 값과 1.0 ~ 1.6 ms 사이의 At 값을 가지는 충격력 곡선이 산출되었으며, 평균 충격력의 범위는 495~530N 이었다.
후속연구
- 낙하 충격해석의 결과자료는 제품 설계자들이 구조적인 강도가 약한 부분을 인지하고, 기구적인 보강을 위한 작업 방향을 설정하기 위한 참고 자료로 활용될 수 있다.
- 어느 정도 차이를 보일 수 있다. 이러한 해석 결과의 신뢰성에 관련된 문제점들은 향후 더욱 정밀한 모델링 작업과 신뢰도가 향상된 물성치들의 데이터베이스를 활용함으로써 점진적으로 향상시킬 수 있을 것으로 기대한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.