[논문]불도저의 구조해석에 의한 내구성 연구

한문식; 조재웅

불도저의 구조해석에 의한 내구성 연구
Study on Durability by Structural Analysis of Bulldozer 원문보기

한국생산제조시스템학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, v.20 no.3, 2011년, pp.239 - 244

한문식 (계명대학교 기계자동차공학과) , 조재웅 (공주대학교 기계자동차공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

This study analyzes the behaviors on stress, fatigue and vibration about bulldozer in operation. Maximum equivalent stress is shown with the frequency of 100 Hz in case of the harmonic vibration analysis applied with force. Among the cases of nonuniform fatigue loads, 'SAE bracket history' with the severest change of load becomes most unstable but 'Sample history' becomes most stable. In case of 'Sample history' with the average stress of 0 to -105MPa and the amplitude stress of 0 to $1.617{\times}105MPa$, the possibility of maximum damage becomes 3.23%. This stress state can be shown with 5 times more than the damage possibility of 'SAE bracket history' or 'SAE transmission'. The structural result of this study can be effectively utilized with the design of bulldozer by investigating prevention and durability against its damage.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

브레이드의 종류에 따라 불도저가 송토하는 토사 등의 양이 결정되기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 불도저의 작업은 유압 실린더와 브레이드에 가장 많은 영향을 받으므로 이 부분들을 포함한 불도저 전체를 시뮬레이션하여 진동 및 피로 하중에 따른 수명 및 파손 등 내구성을 해석하였다가).
본 연구에서는 작업 중인 불도저에 대한 진동 및 피로 하중에 따른 수명 및 파손 등 내구성을 해석하였다. 이에 대한 연구 결과는 다음과 같다.

제안 방법

그리고 실제적으로 Fig. 2에서와 똑같이 불도저의 유압실린더와 브레이브의 뒷면에 Force를 각 2,000N과 L000N의 구속을 주어, 불도저에 생기는 하모닉 진동에 대하여 해석해 보았다. 진동수의 범위는 1000㎐까지로 설정하였다.
모델의 경계조건은 Fig. 2와 같이 연결부의 뒷면에 완전히 고정을 시켜서 불도저에 대하여 6차까지의 고유진동수 해석을 하였다 7).
모델의 경계조건은 Fig. 2와 같이 연결부의 뒷면에 완전히 고정을 시켰으며, Fig. 2에서는 유압실린더에 Force를 2, 000N 의 구속을 주고 브레이드 면에 l, 000N의 구속을 주어 불도저가 받는 압력이 어떻게 영향을 미칠지 알아볼 수 있도록 설정하였다.
본 연구 모델에 대한 정적인 구조해석을 하였다. 모델의 경계조건은 Fig.
본 연구에서는 불도저의 브레이드부와 연결되는 부분을 모델로 삼고 브레이드와 유압실린더에 힘을 주었을 때 나타나는 변형량과 응력을 구한다. 모델의 형상은 실제 불도저의 모양을 참조하여 CATIA를 이용하여 모델링한 후 ANSYS를 이용하여 해석하였다(1) 해석 대상의 메시 모양은 Fig.

대상 데이터

변형량과 응력을 구한다. 모델의 형상은 실제 불도저의 모양을 참조하여 CATIA를 이용하여 모델링한 후 ANSYS를 이용하여 해석하였다(1) 해석 대상의 메시 모양은 Fig. 1과 같고 절점수 및 요소수는 각각 46374 및 22236이다. 또한 이 모델은 보편적으로 구조용 강으로 이루어져 있으며 그 물성치가 Table 1에 나타냈다.

성능/효과

(1) 유압실린더 부분에서 최대 등가응력이 255.11MPa을 나타냈고 날부분에서 최대 변형량을 나타낸 것을 알 수가 있다.
(2) 불규칙 피로 하중들 중에서는 하중의 변화가 극심한4SAE bracket history'의 경우가 대체적으로 가장 불안정한 경향을 보이고 있고, 비교적 하중의 변화가 완만한 'Sample history, 의 경우가 가장 안정함을 보이고 있다.
(3) Sample history, 의 경우가 안정된 경향을 보이고 있으나 평균 응력이 0부터 -105MPa 이고, 응력 진폭 0 부터 1.617xlO5MPa 에 있어서 최대 3.23%의 손상 가능성을 보이고 있어 이 부분의 응력 상태가 'SAE brack어 history, 나 'SAE transmission, 의 경우보다 5배의 파손의 가능성이 많다고 예측할 수 있었다.
(4) 실제 하중 조건에서의 100Hz의 하모닉 진동수에서 최대변형량 및 변형을 일으킴을 보이고 있다.
Fig. 9에서 보면 'Sample history, 의 경우가 다소 안정된 경향을 보이고 있으나 평균 응력이 0 Pa부터 -IO, MPa이고 응력 진폭 0 MPa부터 IO, MPa에 있어서 최대 3.23%의 손상가능성을 보이고 있어 이 부분의 응력 상태가 파손의 가능성이 많다고 예측 할 수 있었다. 그리고<Sample history'의 경우가 최대 0.
8에서 보면 SAE brack어 history, 의 경우가 상대적 인손상은 평균응력이 0 부근의 상태에서 최대의 빈도수가 87 정도로서 상대적인 손상을 많이 일으켜 어떤 다른 경우들보다는 더 파손의 가능성이 더 일어남을 알 수 있었다. 또한 Sample history, 의 경우는 이 상태에서 최대의 빈도수가 6정도로서 손상을 가장 적게 일으켜 그 파손의 가능성이 가장 적음을 알 수 있었다.
진동수의 범위는 1000㎐까지로 설정하였다. 앞에 Modal 해석의 결과를 보게 되면 4차 모드의 고유진동수가 1000㎐범위 내에 있기 때문에 가진주파수 영역을 맞춰 공진주파수를 확인하였다(3) 진동수 응답은 본 Fig. 11에서 보면 알 수 있듯이 100Iz에서 최대의 진폭변위가 0.215nm로 생김을 알 수 있다. 이 100HIz에서 실제적으로 최대의 응력을 받게 되며 전변형량과 등가응력은 각각 Fig.

후속연구

(5) 본 연구의 결과를 종합하여 불도저의 설계에 응용한다면 그 파손 방지 및 내구성을 검토, 예측하는데 활용이 클 것으로 사료된다.

참고문헌 (8)

Sohn, I. S., and Lee, J. G., 2008, "A Study of Electrical Control Kit for Damping Force of Automotive Shock Absorber," Transactions of KSAE, Vol. 16, No. 3, pp. 1-6.
Shin, O. C., Jung, S. R., Chung, W. J., Kim, J. M., and Park, S. S., 2004, "Development Portable Measurement System for Property Test of Manual Transmission Car," Proceeding of the KSMPE Spring Conference 2009, pp. 221-224.
Jeong, S. H., Kim, J. Y., and Na, Y. C., 2001, "Dynamic Characteric Analysis of Tilting Turret Systems Using Finite Element Modelling," Transactions of KSMTE, Vol. 10, No. 5, pp. 60-70.
Lee, S. P., Kang, K. W., Chang, S. M., and Lee, J. H., 2011, "Structural Design for 2 kW Class Wind Turbine Blade by using Design of Experiment," KSMTE, Vol. 20, No.1, pp. 28-33.
Swanson, John., 2009, AUTODYN 12.0, ANSYS Inc., USA.
Park, T. K., Kim, M. K., and Won, J. H., 2010, "Construction Stage Analysis of Hybrid Composite Cable- Stayed Girder Bridge Using Eccentrically Loaded Derrick Crane," The Magazine of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 30, No. 3, pp. 277-286.
Kim, Y. S., Cho, J. K., Kim, M. J., Cho, K. M., and Hyun, C. T., 2010, "A Productivity Analysis of Tower Crane Installation Progress Based on Simulation Technique," Journal of the Korea Institute of Building Construction, Vol. 10, No. 2, pp. 33-40.

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Seong, S. H., Lee, J. M., Lee, M. J., Kim, D. K., Yoon, S. H., 2006, "Pressure Model Test of Container Crane," Journal of the Wind Engineering Institute of Korea, Vol. 10, No. 1, pp. 109-118.

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