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 연구에서는 Fig. 2 에 나타낸 것과 같이 기존의 비드가 없는 normal 타입의 알루미늄 크래쉬 박스에 대한 충돌성능을 평가하였다. 알루미늄 크래쉬 박스는 80×92×180 mm 크기의 직사각형 단면을 가진 박스형태로 압출공정에 의해 제작되며, 알루미늄 소재는 A6063 T6 를 사용하였다.
- 본 연구에서는 알루미늄 크래쉬 박스를 Fig. 11 와 같이 320 mm 길이의 프론트 사이드 멤버와 결합시켜, 알루미늄 크래쉬 박스가 프론트 사이드 멤버의 충돌 성능에 미치는 영향을 평가하였다. 앞서 언급한 바와 같이, 알루미늄 크래쉬 박스는 저속충돌조건에서 충돌에너지를 사이드 멤버보다 먼저 흡수하여 프론트 사이드멤버의 손상을 최소하기 위해 장착되는 부품이다.
- 본 연구에서는 저속충돌조건에서 프론트 사이드 멤버의 손상을 최소화하기 위한 알루미늄 크래쉬 박스의 비드형상을 유한요소해석과 충돌실험을 통해 선정하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
- (1) 기존 normal 타입의 알루미늄 크래쉬 박스의 문제점을 충돌시험을 통해 분석하였다. 크래쉬 박스의 초기 최대하중은 최초 충돌시 사이드 멤버의 변형을 야기시킬 수 있으며, 크래쉬 박스의 붕괴 종료 후 남은 충돌에너지에 의해 사이드멤버가 변형된다.
- 알루미늄 6xxx 계열의 경우, 변형률 속도에 대한 민감도가 크지 않다고 알려져 있다.(5,9) 본 연구에서는 A6063 T6 소재의 기계적 물성에 대한 변형률 속도의 영향을 고속인장시험을 통해 평가하였다. 인장시험편은 크래쉬 박스의 측벽부에서 인장시험편을 취출하여 평가하였다.
- (7) 따라서, 기존 알루미늄 크래쉬 박스의 충돌성능을 분석하기 위해 프론트 사이드 멤버와 결합된 형태로 충돌실험을 수행하였다. ㈜POSCO 에서 보유한 유압식 고속충돌시험기를 이용하여 충돌실험을 수행하였으며, 충돌에너지 8000 J 의 충돌조건으로 충돌실험을 수행하기 위해 200kg 의 충돌대차에 초기속도 8.
- 일반적으로 비드가 삽입된 부위는 구조적으로 가장 약한 부분으로 충돌시 하중이 집중되어 가장 먼저 변형하게 되며, 시험편의 붕괴모드를 유도한다.(8) 본 연구에서는 크래쉬 박스의 코너부에 비드를 안쪽으로 삽입한 edge concave 타입과 크래쉬 박스 측벽부에 돌출된 형태의 surface convex 타입과 함몰된 형태의 surface concave 타입에 대해 비드형상 효과를 분석하였다. 비드형상이 삽입된 크래쉬 박스는 normal 타입의 알루미늄 크래쉬 박스를 열간 압출공정을 통해 제작하고, Fig.
- Fig. 3(a)에 나타낸 알루미늄 크래쉬 박스와 사이드 멤버를 결합시킨 시험편의 붕괴과정을 고속카메라로 촬영하여 기존 알루미늄 크래쉬 박스의 문제점을 분석하였다. Fig.
- ㈜POSCO 에서 보유한 유압식 고속충돌시험기를 이용하여 충돌실험을 수행하였으며, 충돌에너지 8000 J 의 충돌조건으로 충돌실험을 수행하기 위해 200kg 의 충돌대차에 초기속도 8.95 m/s 를 부과하였다.
- 앞서 언급한 바와 같이, 알루미늄 크래쉬 박스는 저속충돌조건에서 충돌에너지를 사이드 멤버보다 먼저 흡수하여 프론트 사이드멤버의 손상을 최소하기 위해 장착되는 부품이다. 따라서, 프론트 사이드 멤버의 충돌성능 평가시, 동일한 충돌에너지에 대하여 알루미늄 크래쉬 박스에 삽입된 비드형상에 따라 프론트 사이드 멤버의 변형량을 평가하였다.
- 비드 형상에 따른 충돌성능을 유한요소해석 및 충돌시험을 통해 평가하여 비드형상이 충돌성능에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 알루미늄 프론트 사이드 멤버(Aluminum front side member)와 결합시켜 저속 충돌조건에서의 충돌실험을 수행하였다. 충돌실험 후 프론트 사이드 멤버의 손상여부를 통해 저속충돌조건에서 충분한 알루미늄 크래쉬 박스의 역할을 수행할 수 있는 비드형상을 결정하였다.
- 본 연구에서는 Fig. 1에 나타낸 알루미늄 프론트 바디에서 범퍼와 프론트 사이드 멤버 사이에 위치하는 알루미늄 크래쉬 박스의 비드형상을 설계하였다. 비드 형상에 따른 충돌성능을 유한요소해석 및 충돌시험을 통해 평가하여 비드형상이 충돌성능에 미치는 영향을 분석하였다.
- 이 후 좌굴에 의해 변형된 크래쉬 박스 구조강성의 증가로 인해, 다시 충돌하중은 증가한다. 본 연구에서는 Fig. 8 에 나타낸 것과 같이 충돌하중의 증가 이전까지의 충돌에너지를 크래쉬 박스의 충돌에너지 흡수능으로 규정하고, 비드형상에 따른 크래쉬 박스의 충돌에너지 흡수능을 평가하였다.
- 1에 나타낸 알루미늄 프론트 바디에서 범퍼와 프론트 사이드 멤버 사이에 위치하는 알루미늄 크래쉬 박스의 비드형상을 설계하였다. 비드 형상에 따른 충돌성능을 유한요소해석 및 충돌시험을 통해 평가하여 비드형상이 충돌성능에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 알루미늄 프론트 사이드 멤버(Aluminum front side member)와 결합시켜 저속 충돌조건에서의 충돌실험을 수행하였다.
- 비드형상에 따른 알루미늄 크래쉬 박스 충돌성능의 변화를 평가하기 위해 Fig. 4 에 나타낸 비드형상에 대해 충돌해석 및 충돌실험을 수행하여 알루미늄 크래쉬 박스의 충돌성능을 평가하였다. 알루미늄 크래쉬 박스에서 비드는 충돌시 크래쉬 박스의 변형 모드를 조절하기 위한 목적으로 삽입된다.
- 8 은 각 비드형상에 따른 크래쉬 박스의 충돌해석과 실험결과를 비교한 것이다. 시험편과 충돌대차의 접촉개시시, 사이드 멤버의 변형을 억제하기 위한 비드형상의 효과를 분석하기 위해 초기 최대하중(initial peak load)을 평가하였다. Fig.
- 8b 에 나타낸 것과 같이 시험편과 충돌대차 접촉개시후, 충돌하중이 증가하며, 시험편의 붕괴가 진행됨에 따라 감소한다. 이 때의 최대하중을 초기 최대하중으로 정의하고, 비드형상에 따른 시험편의 초기 최대하중을 비교평가하였다.
- 또한 알루미늄 프론트 사이드 멤버(Aluminum front side member)와 결합시켜 저속 충돌조건에서의 충돌실험을 수행하였다. 충돌실험 후 프론트 사이드 멤버의 손상여부를 통해 저속충돌조건에서 충분한 알루미늄 크래쉬 박스의 역할을 수행할 수 있는 비드형상을 결정하였다.
- 충돌해석 및 실험은 Fig. 6 에 나타낸 것과 같이 충돌에너지 5000J 에 해당하는 조건으로 수행하였다. 알루미늄 크래쉬 박스는 강체벽(rigid wall)에 모든 방향으로 구속시켰으며, 충돌질량 200kg 에 초기 속도 7.
대상 데이터
- 변형률 속도가 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었으나, 그 효과가 미미한 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구에서는 변형률 속도 0.1 s-1 에서 평가된 응력-변형률 곡선의 데이터를 A6063 T6 소재의 기계적 물성으로 활용하였다.
- 본 연구에서 사용된 프론트 사이드 멤버는 알루미늄 크래쉬 박스와 동일한 재질인 Al6063T6 이며, 압출공정에 의해 2.5 mm 두께의 Inner 와 Outer 가 제작된다. 알루미늄 사이드멤버의 접합은 Lee 등(11)이 사용한 8 점 SPR(Self piercing rivet)을 사용하였다.
- 알루미늄 크래쉬 박스는 80×92×180 mm 크기의 직사각형 단면을 가진 박스형태로 압출공정에 의해 제작되며, 알루미늄 소재는 A6063 T6 를 사용하였다.
- (5,9) 본 연구에서는 A6063 T6 소재의 기계적 물성에 대한 변형률 속도의 영향을 고속인장시험을 통해 평가하였다. 인장시험편은 크래쉬 박스의 측벽부에서 인장시험편을 취출하여 평가하였다. 인장시험은 변형률 속도 0.
이론/모형
- 시험편-시험편 및 시험편-충돌대차의 접촉은 ABAQUS Explicit 에서 제공하는 general contact algorithm 을 활용하였다.
- 5 mm 두께의 Inner 와 Outer 가 제작된다. 알루미늄 사이드멤버의 접합은 Lee 등(11)이 사용한 8 점 SPR(Self piercing rivet)을 사용하였다. 충돌조건은 앞서 Fig.
- 충돌해석은 상용해석 s/w 인 ABAQUS Explicit ver. 6.8 을 이용하여 수행하였다. 충돌해석에서 가속도 증분은 다음의 식 (1)에 의해 계산된다.
성능/효과
- (2) 비드형상에 따른 알루미늄 크래쉬 박스의 충돌성능을 평가한 결과, edge concave 타입의 경우, 168.2 kN 으로 초기 최대하중의 저감효과는 미미하였으며, surface convex 타입과 surface concave 타입은 각각 153.0 kN, 144.3 kN 으로 충분한 초기 최대 하중 저감효과가 나타났다. 또한 surface convex 타입과 surface concave 타입은 유사한 충돌에너지 흡수능을 나타내었으며, edge concave 타입보다 높은 것으로 나타났다.
- (3) 알루미늄 크래쉬 박스와 결합된 프론트 사이드멤버의 충돌실험결과, 크래쉬 박스의 충돌에너지 흡수능과 더불어 충돌에너지 흡수능 이후 충돌하중의 증가량이 프론트 사이드 멤버의 변형여부에 중요한 영향을 미침을 확인하였다. 충돌에너지 흡수능 이후 충돌하중의 증가량이 작은 surface concave 타입이 가장 작은 프론트 사이드 멤버의 변형량을 나타내었다.
- Surface convex 타입과 surface concave 타입의 크래쉬 박스는 비드삽입에 의해 좌굴하중은 낮아졌으나, 붕괴길이가 증가함에 따라 normal 타입과 유사한 충돌에너지 흡수능을 가지는 것으로 나타났다. Surface convex 타입과 surface concave 타입의 충돌에너지 흡수능은 3350 J 과 3230 J 로 각각 평가되었다.
- 3 kN 으로 충분한 초기 최대 하중 저감효과가 나타났다. 또한 surface convex 타입과 surface concave 타입은 유사한 충돌에너지 흡수능을 나타내었으며, edge concave 타입보다 높은 것으로 나타났다.
- 또한, 충돌에너지 흡수능 이후 붕괴길이당 충돌하중의 증가량이 큰 surface convex 타입의 경우, 프론트 사이드 멤버의 변형이 발생하였다. 반면에 surface concave 타입은 충돌에너지 흡수능 이후 붕괴길이당 충돌하중의 증가량이 상대적으로 작기 때문에 프론트 사이드 멤버까지 충돌하중이 전달되지 않으며, 프론트 사이드 멤버의 변형이 거의 없는 것으로 나타났다. 이는 충돌에너지 흡수능 이후 충돌하중의 증가량 또한 알루미늄 크래쉬 박스의 설계에 있어 중요한 설계인자임을 의미한다.
- 7 에 나타내었다. 변형률 속도가 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었으나, 그 효과가 미미한 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구에서는 변형률 속도 0.
- 기존의 normal 타입의 크래쉬 박스와 비드가 삽입된 크래쉬 박스의 충돌성능을 비교한 결과 를 Table 1 에 정리하였다. 비교분석결과, 낮은 초기 최대하중을 가지면서 충돌에너지 흡수능이 크게 저하되지 않는 surface convex 타입과 surface concave 타입의 크래쉬 박스가 프론트 사이드 멤버와 결합시 저속충돌조건에서 사이드 멤버의 변형을 방지할 수 있을 것으로 예상된다.
- 비드가 없는 Nomal 타입의 초기 최대하중은 해석에서는 174.6 kN, 충돌실험에서는 186.5 kN 으로 평가되었으며, 네종류의 크래쉬 박스 중 가장 높은 것으로 나타났다. 비드형상이 삽입된 크래쉬 박스의 경우, 충돌해석에서는 edge concave 타입, surface concave 타 입, surface convex 타입 순서로, 149.
- 12 은 알루미늄 크래쉬 박스에 삽입된 비드 형상에 따라 프론트 사이드 멤버의 변형모습을 나타낸 것이다. 알루미늄 크래쉬 박스를 결합한 프론트 사이드 멤버의 충돌실험결과는 알루미늄 크래쉬 박스의 충돌실험에서 예측된 결과를 잘 반영하는 것으로 나타났다. 초기 최대하중이 높은 edge concave 타입의 경우, 최초 접촉시 프론트 사이드 멤버의 변형이 발생하고, 알루미늄 크래쉬 박스의 붕괴 종료 후 남은 충돌에너지에 의해 프론트 사이드 멤버의 변형이 발생하는 것으로 나타났다.
- 반면에 초기 최대하중은 낮은 Surface convex 타입과 surface concave 타입의 경우, 최초 접촉시 프론트 사이드 멤버의 변형이 거의 없었다. 이러한 결과는 알루미늄 크래쉬 박스의 초기 최대하중을 비드삽입을 통해 감소시킴으로써 최초 충돌시 충돌에너지가 프론트 사이드 멤버에 전달되는 것을 방지하고, 또한 프론트 사이드 멤버의 변형을 개선할 수 있음을 의미한다.
- 이는 충돌에너지 흡수능 이후 충돌하중의 증가량 또한 알루미늄 크래쉬 박스의 설계에 있어 중요한 설계인자임을 의미한다. 프론트 사이드 멤버 충돌실험결과를 통해 surface concave 타입의 알루미늄 크래쉬 박스가 저속충돌시 프론트 사이드 멤버의 손상을 최소화 할 수 있는 형상임을 확인하였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.