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알루미늄 폼을 사용한 자동차 범퍼 빔의 설계 및 충돌해석
Design and Impact Analysis of Automotive Bumper Beam Using Aluminum Foam 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.12 no.4, 2011년, pp.1552 - 1558  

방승옥 (공주대학교 대학원 기계공학과) ,  김세환 (공주대학교 기계자동차공학부) ,  조재웅 (공주대학교 기계자동차공학부)

초록
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본 논문에서는 알루미늄 폼을 사용한 자동차 범퍼 빔을 설계하고 충돌해석을 수행하였다. 해석모델은 B형 단면 구조를 갖는 실제 크기의 범퍼 빔이다. 저속 정면충돌 시 알루미늄 범퍼 빔의 변형량 및 내부 에너지 거동을 예측할 수 있는 ANSYS AUTODYN을 이용하였다. 7075-T6 알루미늄 합금을 사용하여 철강 재질의 빔보다 55 %의 중량 감소를 얻을 수 있었으며 알루미늄 폼을 사용한 범퍼 빔의 변형량은 철강 빔과 비슷하지만 충돌에너지의 감소가 더 큰 것을 확인할 수 있었다. 또한, 알루미늄 폼의 완충보다는 50 % 충진 시 충돌에너지 흡수가 더 좋았다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, the automotive beam using aluminium foam is designed and the impact analysis is carried out. The analysis model is the beam of actual size with B- type section structure. At the frontal crash of low speed, ANSYS AUTODYN is used by predicting the behavior of deformation and its interna...

주제어

#Impact Analysis   #Internal Energy   #Bumper Beam   #Aluminum Foam   #Frontal Crash  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 자동차 범퍼 빔에 알루미늄 폼을 적용하고, 알루미늄 폼의 충진 정도 및 범퍼 빔 두께에 따른 충돌해석을 수행한다. 이러한 해석을 통하여 충돌에너지 흡수 및 변형량을 예측하고 충돌성능이 높은 범퍼 빔을 설계하고자 한다.

가설 설정

  • 충돌체의 재질은 구조용 강이고 중량은 대차중량인 1800 kg으로 가정하였으며, 그림 8과 같이 차체에 연결되는 차체연결부를 고정시키고 충돌체는 범퍼 빔 방향으로 2.22 m/s(약 8 km/h)의 속도 조건을 주었다. 차체연결부를 포함하는 각 Case별 범퍼 빔의 중량은 표 4에 나타내었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자동차 범퍼의 역할은? 충돌 안전성과 밀접한 관련이 있는 자동차 범퍼는 차체의 전·후방에 각각 장착되어 대물충돌이나 저속 충돌 시 차량 및 탑승자를 보호하는 역할을 한다. 일반적으로 범퍼는 커버(Cover), 충격흡수재(Energy Absorber), 범퍼빔(Bumper Beam), 차체연결부(Stay) 등으로 구성되며 차체연결부를 통해 차체 사이드 멤버(Side Member)에 장착되어 충돌 시 대부분의 충돌에너지를 흡수하게 된다[3-5].
자동차 범퍼 시스템의 주요 구성인자는 무엇이고 그 역할은 무엇인가? 충격흡수재 안쪽에 위치하는 범퍼 빔은 범퍼 시스템의 주요 구성인자로서 차량의 저속 충돌 시 충돌에너지 흡수재가 충분히 에너지를 흡수할 수 있도록 지지함과 동시에 여분의 에너지를 흡수하여 저속 충돌 시 차체 및 타 부품 손상을 방지하기 위하여 충돌에너지를 감소시켜주는 역할을 한다.
범퍼는 무엇으로 구성되어 있는가? 충돌 안전성과 밀접한 관련이 있는 자동차 범퍼는 차체의 전·후방에 각각 장착되어 대물충돌이나 저속 충돌 시 차량 및 탑승자를 보호하는 역할을 한다. 일반적으로 범퍼는 커버(Cover), 충격흡수재(Energy Absorber), 범퍼빔(Bumper Beam), 차체연결부(Stay) 등으로 구성되며 차체연결부를 통해 차체 사이드 멤버(Side Member)에 장착되어 충돌 시 대부분의 충돌에너지를 흡수하게 된다[3-5].
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참고문헌 (9)

  1. 이상제, 박진수, 구도회, "차량경량화를 위한 재료기술의 개발과 적용사례", 한국자동차공학회 춘계학술대회 논문집, 제3호, pp. 1145-1151, 5월, 2002. 

  2. 강동포, 이우식, 이규현, 김대업, "경량 고강도 알루미늄 범퍼 빔 개발", 한국자동차공학회 춘계학술대회 논문집, 제2권, pp. 929-935, 6월, 2004. 

  3. 강성종, "충돌성능을 고려한 승용차 범퍼빔 단면의 최적화", 한국자동차공학회 논문집, 제6권, 제6호, pp. 276-284, 11월, 1998. 

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  4. 김명훈, 김상하, 하성규, "빔이론을 이용한 차량용 프런트범퍼의 구조해석 및 최적설계", 대한기계학회 논문집 A권, 제23권, 제12호, pp. 2309-2319, 12월, 1999. 

  5. 이권희, 주원식, "직교배열표를 이용한 승용차 앞 범퍼의 최적설계", 한국자동차공학회 논문집, 제10권, 제6호, pp. 125-132, 11월, 2002. 

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  6. 장익근, 전오환, 김호종, 허용정, "트리즈를 활용한 자동차 측면충돌의 도어트림 충격흡수부재의 충돌에너지 조절문제 해결에 관한 연구", 한국산학기술학회 춘계학술발표논문집, pp. 28-31, 5월, 2007. 

  7. 김명훈, 조성수, 하성규, "차량용 알루미늄 범퍼의 구조해석 및 설계", 한국자동차공학회 논문집, 제7권, 제4호, pp. 217-227, 4월, 1999. 

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  8. 이재완, 윤경한, 강연수, 박경택, 박경진, "보행자 법규와 자동차 후드 및 범퍼 구조물 설계방안", 한국자동차공학회 논문집, 제13권, 제3호, pp. 162-170, 5월, 2005. 

  9. 강형선, "충격성능 및 보행자 보호규제를 만족하는 범퍼 단면결정 설계기술 개발 (CAD/CAM 활용을 위한)", 한국산학기술학회논문지, 제8권, 제5호, pp. 968-972, 10월, 2007. 

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