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문제 정의
- 물론 내구성면에서의 구조 해석을통하여 최적화 설계를 주되게 할 수 있다. 그리고 본 연구는주행 중 휠에서 동적인 피로 하중을 받는 경우, 그 종류별로파손의 가능성을 해석하였다. 따라서 본 연구에서는 이러한피로 파괴 해석에 주안점을 두었으며, CATIA로 휠을 직접 3D 모델링을 하였고 해석 소프트웨어로는 ANSYS로 휠의강도해석 및 피로해석을 수행하였다.
제안 방법
- 그리고 본 연구는주행 중 휠에서 동적인 피로 하중을 받는 경우, 그 종류별로파손의 가능성을 해석하였다. 따라서 본 연구에서는 이러한피로 파괴 해석에 주안점을 두었으며, CATIA로 휠을 직접 3D 모델링을 하였고 해석 소프트웨어로는 ANSYS로 휠의강도해석 및 피로해석을 수행하였다. 이러한 본 연구의 결과를 종합하여 휠 등 실구조물에 응용한다면 그 파손 방지 및내구성을 검토 및 예측하는 데에 활용이 클 것으로 사료된다.
- 연구 내용으로서는 피로를 받는모델의 모든 부분에 대하여 그 수명과 손상들을 예측할 수있었고 사용 가능한 수명들을 모든 하중의 변화들로서 비교할 수 있었다. 또한 도로면에서 반복되는 불규칙한 피로 하중을 받는 휠에서의 피로 수명과 그 손상의 가능성을 시뮬레이션 해석할 수 있었다. 물론 내구성면에서의 구조 해석을통하여 최적화 설계를 주되게 할 수 있다.
- 본 연구에서는 알루미늄 휠에 타이어의 압력과 코너링의모멘트 하중을 걸리게 한다. 이 때 등가 응력과 전변형량을확인하고, 피로 해석을 수행하여 수명을 예측한다.
- 6). 본연구에서는 현장에서 쉽게 볼 수 있는 변동 피로하중을 받는휠을 시뮬레이션을 하였고 그 재료의 안전성과 수명 관계를해석하였다. 이 휠은 지동차가 달리는데 가장 중요하고, 생명과 연관이 되어서 매우 안전해야 한다.
- 그리고 휠의 림 부분에는사이드 링을 사용하여 타이어를 유지하고 탈부착을 용이하게 할 수 있게 되어 있다. 연구 내용으로서는 피로를 받는모델의 모든 부분에 대하여 그 수명과 손상들을 예측할 수있었고 사용 가능한 수명들을 모든 하중의 변화들로서 비교할 수 있었다. 또한 도로면에서 반복되는 불규칙한 피로 하중을 받는 휠에서의 피로 수명과 그 손상의 가능성을 시뮬레이션 해석할 수 있었다.
- 하중을 걸리게 한다. 이 때 등가 응력과 전변형량을확인하고, 피로 해석을 수행하여 수명을 예측한다. 해석모델로서는 직경이 22cm이고 높이가 44cm인 휠의 유한요소분할 모양은 Fig.
- 22러나 휠에 대한 정확한 물성 데이터를 찾아서 시뮬레이션을 한다면 실제치에 근접할 수 있다. 타이어 공기압에 의하여 휠에 하중이 가해지는데 적절한 타이어의 실제 공기압을 0.24MPa로 보았다. 따라서 Fig.
대상 데이터
- Solid 187의 요소로, 절점들과 요소들의 개수는 각각 41870 및 21193 이다. 모델은 보편적인알루미늄 합금으로서 그 물성치가 Table 1에 나타나 있다. 22러나 휠에 대한 정확한 물성 데이터를 찾아서 시뮬레이션을 한다면 실제치에 근접할 수 있다.
- 진폭 응력이 S-N 곡선의 범위를 벗어난다면 무한수명 값이 사용되어지는데. 본 연구에 있어서는 설계 수명인 무한 수명으로서 109 사이클로 정하고 있다.
- 9Nm 가 가해지고 있다. 본논문의 해석에 있어서는 피로 곡선에 대한 실험 데이터로서알루미늄 합금의 자료를 사용하였다. Fig.
- 피로에 대한 해석 결과의 출력들은 피로 수명, 파손, Ramflow 매트릭스 및 Damage 매트릭스들을 포함하고 있다. 각각의 출력들은 불규칙 진폭하중들인 'SAE BracketHistory', *SAE Transmission', * Sample History'들의 하중들로서 서로 비교 될 수 있다.
- 이 때 등가 응력과 전변형량을확인하고, 피로 해석을 수행하여 수명을 예측한다. 해석모델로서는 직경이 22cm이고 높이가 44cm인 휠의 유한요소분할 모양은 Fig. 1과 같다. Solid 187의 요소로, 절점들과 요소들의 개수는 각각 41870 및 21193 이다.
이론/모형
- 또한 구조물 파괴의 50-90%는 피로에의한 것으로 추정되며 그 중에서 대부분의 피로 파괴는 불규칙적으로 일어나고 있어 이론 해석에 의하지 않고서는 그 예측이 불가능한 실정이다. 상용되는 여러 가지의 피로에 대한해석 프로그램들이 있지만 본 연구에서는 다른 피로 해석프로그램들에 비하여 정확하고 효율적인 해석 결과를 얻어낼 수 있고 응력-피로수명의 해석 결과들에 대한 수렴성이좋은 피로 설계 전용 Ansys 프로그램을 사용하였다(5.6). 본연구에서는 현장에서 쉽게 볼 수 있는 변동 피로하중을 받는휠을 시뮬레이션을 하였고 그 재료의 안전성과 수명 관계를해석하였다.
성능/효과
- 9는 본 연구 모델에서 파손에 대한 임계 위치에서의 Damage 매트릭스들에 대한 그림들로서 불규칙 진폭 하중에 대해서만 적용되는데 IO, 사이클의 무한 수명에 대한 상대적 손상 가능성을 나타내고 있다. Fig. 9에서 보면 "Sample History, 의 경우가 다소 안정된 경향을 보이고 있으나 평균응력이 OPa부터 -105MPa이고 응력 진폭 OMPa부터105 MI&에 있어서 최대 3.2%의 손상 가능성을 보이고 있어 이 부분의 응력 상태가 파손의 가능성이 많다고 예측 할 수 있었다. 그리고 'Sample History, 의 경우가 최대 0.
- (1) 최대 von Mises 등가 응력과 전단 응력은 훨의 중심 부분에서 145.5MPa과 75.591MPa로 나타났으며, 또한 전 변형량 역시 휠의 중심 부분에서 0.7355rmn로 크게 나타났다.
- (2) 불규칙 피로 하중들 중에서는 하중의 변화가 극심한 .SAE Bracket History'의 경우가 대체적으로 가장 불안정한 경향을 보이고 있고, 비교적 하중의 변화가 완만한 'Sample History, 의 경우가 가장 안정함을 보이고있다.
- (3) 'Sample History경우가 안정된 경향을 보이고 있으나 평균 응력이()Pa부터 -l()5MPa이고 응력 진폭 OMPa부테05MPa에 있어서 최대 5%의 손상 가능성을 보이고 있어 이 부분의 응력 상태가 'SAE Bracket History'와 S* AE Transmission'경우보다 7배의 파손의가능성이 많다고 예측 할 수 있었다.
- 8에서 보면 -SAE Bracket History5의 경우가 상대적 인 손상은 평균응력이 0 부근의 상태에서 최대의 빈도수가 80 정도로서 상대적인 손상을 많이 일으켜 어떤 다른 경우들보다는 더 파손의 가능성이 더 일어남을 알 수 있었다. 또한 'Sample History, 의 경우는 이 싱태에서최대의 빈도수가 5정도로서 손상을 가장 적게 일으켜 그 파손의 가능성이 가장 작음을 알 수 있었다.
- 이러한 해석 결과로서 보면, 알루미늄 휠의 물성치 및 S-N 곡선과 도로에서의 피로 하중이 력만 정확히 입력하여 해석한다면, 그 해석 결과는 신뢰할 수 있다고 사료된다.
- 평균 하중에 대한 최대 von-Mises 응력, 전단 응력 및 전 변형량에 대한 등고선들을 Fig. 5와 같이 보여 주고 있는데, 최대 von Mises 등가 응력과 전단 응력은 훨의 중심 부분에서 145.5MPa과 75.591MPa로서 각각 크게 나타났다. 또한 전 변형량 역시 휠의 중심 부분에서 0.
후속연구
- (4) 본 연구의 결과를 종합하여 휠 등 실구조물에 응용한다면 그 파손 방지 및 내구성을 검토 . 예측하는데 활용이클 것으로 사료된다.
- 따라서 본 연구에서는 이러한피로 파괴 해석에 주안점을 두었으며, CATIA로 휠을 직접 3D 모델링을 하였고 해석 소프트웨어로는 ANSYS로 휠의강도해석 및 피로해석을 수행하였다. 이러한 본 연구의 결과를 종합하여 휠 등 실구조물에 응용한다면 그 파손 방지 및내구성을 검토 및 예측하는 데에 활용이 클 것으로 사료된다.
- 따라서 본 연구에서는 이러한피로 파괴 해석에 주안점을 두었으며, CATIA로 휠을 직접 3D 모델링을 하였고 해석 소프트웨어로는 ANSYS로 휠의강도해석 및 피로해석을 수행하였다. 이러한 본 연구의 결과를 종합하여 휠 등 실구조물에 응용한다면 그 파손 방지 및내구성을 검토 및 예측하는 데에 활용이 클 것으로 사료된다.
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