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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 실험에서 얻어진 기계적 특성을 사용하여 안전성이 고려된 자동차의 시트 리클라이너의 구조 해석을 실시하였다.
제안 방법
- 실제 시험 시에는 섹터기어에 부착된 지지대에 하중을 가하였으나, 해석에서는 흘더와 캠의 일부 절점들을 고정하고 일정한 각속도로 섹터기어를 충분히 회전시켜 최대 모멘트가 나타나도록 하였다. 그리고 섹터 기어는 후방 정하중 해석, 즉 후방충돌을 시뮬레이션하기 위하여 Fig. 4에 나타내는 것과 같이 기어의 회전방향만 수행하였다.
- 필요한 것을 산출하였다. 기본적으로 동일한 재료와 동일한 채취방향의 시험편들에 대해서는 데이터 샘플링을 통하여 각 물성치의 산술평균을 취하였다. 또한, 진응력-진변형률 곡선을 최소자승법(least-square method)으로 멱함수 형태로 곡선근사(curve fitting) 하여 강도계수와 변형경화지수를 산출하였다.
- 동적-외연적 (dynamic-explicit) 해석에서, 내부변형에너지 (internal energy) 와 운동에 너지 (kinetic energy) 를 비교하여 충분히 안정적인 해석 결과를 얻기 위한 적절한 해석 시간 및 각속도를 설정하였다. Fig.
- 물성치는 로드셀과 신율계로부터 PC 로 입력되는 하중-변형률 데이터는 인장시험 분석용 소프트웨어인 'UTo'를 이용하여 진응력-진변형률 곡선으로 변환하고 필요한 것을 산출하였다. 기본적으로 동일한 재료와 동일한 채취방향의 시험편들에 대해서는 데이터 샘플링을 통하여 각 물성치의 산술평균을 취하였다.
- 본 연구에서는 자동차 시트 리클라이너용 재료의 인장시험을 실시하고, 얻어진 물성치를 사용하여 리클라이너의 구조해석을 실시하여, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 4와 같이 변위 및 속도 경계조건을 부여하였다. 실제 시험 시에는 섹터기어에 부착된 지지대에 하중을 가하였으나, 해석에서는 흘더와 캠의 일부 절점들을 고정하고 일정한 각속도로 섹터기어를 충분히 회전시켜 최대 모멘트가 나타나도록 하였다. 그리고 섹터 기어는 후방 정하중 해석, 즉 후방충돌을 시뮬레이션하기 위하여 Fig.
- 인장시험은 98 kN 용량의 만능시험기 (universal testing machine, UTM)를 사용하여 실시하였다. 이때 표점거리는 50 mm이며, 크로스헤드 속도는 10 mm/sec.
대상 데이터
- 인장시험에 사용한 재료는 SNCM220이고, Fig. 1에 나타내는 것과 같은 KS B 0801 13B호 인장 시편을 사용하였다. 인장시험편은 압연방향으로 3〜4개 채취하였다.
- 1에 나타내는 것과 같은 KS B 0801 13B호 인장 시편을 사용하였다. 인장시험편은 압연방향으로 3〜4개 채취하였다. 또한, 침탄열처리 전/후의 압연방향 물성치를 비교하기 위한 시험편은 두께별(4.
- 또한, 안전성과 작동성에 대한 요구가 증대 되면서 고강성, 고정밀화 되는 경향을 보여주고 있다[5-7]. 차량용 시트는 쿠션부와 철제 구조물로 구성되는데 철제 구조물은 프레임, 레일, 리클라이너로 구성된다[8-11]. 특히 시트의 안정성과 직결된 리클라이너 (Seat recliner) 부품의 복합 성형제품은 파인블랭킹 제조기술을 활용하여 제작하는 연구가 진행되고 있다 [12-14].
- 각 부품의 절점과 요소 수는 Table 1에 나타내었으며, 요소는 5, 6면체 솔리드 요소를 사용하여, 상용 코드 ABAQUS/Explicit를 사용하여 해석하였다. 해석에 사용된 재료 물성은 Table 2에 나타내는 침탄 열처리한 SNCM220 4.0 t를 사용하였으며, 접촉 조건은 Colomb 마찰계수 0.15를 사용하였다.
데이터처리
- 3과 같은 요소를 만들었다. 각 부품의 절점과 요소 수는 Table 1에 나타내었으며, 요소는 5, 6면체 솔리드 요소를 사용하여, 상용 코드 ABAQUS/Explicit를 사용하여 해석하였다. 해석에 사용된 재료 물성은 Table 2에 나타내는 침탄 열처리한 SNCM220 4.
이론/모형
- 기본적으로 동일한 재료와 동일한 채취방향의 시험편들에 대해서는 데이터 샘플링을 통하여 각 물성치의 산술평균을 취하였다. 또한, 진응력-진변형률 곡선을 최소자승법(least-square method)으로 멱함수 형태로 곡선근사(curve fitting) 하여 강도계수와 변형경화지수를 산출하였다.
성능/효과
- (1) 침탄열처리재의 항복응력은 평균 4.4배, 인장강도는 평균 2.6배 증가하였으나, 가공경화지수는 열처리 전의 31〜46% 수준으로 떨어졌다.
- (2) 리클라이너의 수치 해석에서 록 기어의 치형 3 개가 회전각 2.27°에서 최대모멘트(1,962 Nm)에 도달하였다. 이것은 본 연구에서 해석한 동일 치수의 리클라이너에서 요구하는 최대 모멘트보다 2배 이상이므로 안전하게 사용할 수 있다.
- 6은 최대 모멘트가 작용하는 상태의 유효응력 분포를 나타낸다. 록 기어의 치형 3개가 최대모멘트에 도달하였으며, 록 기어는 최대모멘트에 의하여 섹터기어와의 접촉에 의하여 외경의 변화가 생겨 일부 치형의 맞물림 상태가 불안한 부분이 나타났다. Fig.
- 침탄열처리 후에 항복응력은 3.8〜5.1 배 (평균 4.4 배), 인장강도는 2.4〜2.7배 (평균 2.6배) 증가하는 등 강도는 획기적으로 향상되었으나, 가공경화지수는 열처리 전의 31〜46 % 수준으로 떨어진 것을 알 수 있었다. 가공경화지수의 감소는 보통 연신율과 성형성의 감소를 가져온다.
후속연구
- 또한 시트 제작 전문업체인 프랑스 포레시아의 경우, 직경 83 mm 리클라이너의 최대 모멘트를 900 Nm으로 규정하여 생산하고 있다. 따라서 본 연구에서 해석한 리클라이너는 실 구조물 설계에 기준이 되는 자료로 활용할 수 있다고 판단된다.
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