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충돌에너지 흡수효율 최대화를 위한 자동차 사이드 멤버 최적 설계에 관한 연구
A Study on the Optimum Design of the Automotive Side Member to Maximize the Crash Energy Absorption Efficiency 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.30 no.11, 2013년, pp.1179 - 1185  

이정환 ((주)만도 연구개발본부) ,  정낙탁 (성균관대학교 대학원 기계공학과) ,  서명원 (성균관대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the design optimization of the automotive side member is performed to maximize the crash energy absorption efficiency per unit weight. Design parameters which seriously influence on the frontal crash performance are selected through the sensitivity analysis using the Plackett-Burman d...

주제어

#충돌에너지 흡수   #최적설계   #민감도 분석   #실험계획법   #자동차 사이드 멤버  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 정면 충돌 시 에너지 흡수의 주요 역할을 하는 엔진 룸의 종 부재에 대한 충돌해석 및 민감도 분석을 통해 설계 주요인자를 도출하고, 이에 대한 최적설계를 하고자 한다. 또한, 축 압축변형 유도를 통한 충돌에너지 흡수효율 최대화를 위하여 저자들의 선행연구11에서 제시한 위상최적화 기법을 이용하고자 하며, 위상최적화를 위한 재분배 및 요소제거 알고리즘의 주요 파라미터는 행렬실험과 평균분석을 반복 적용하는 개념인 순차적 실험계획법12과 적은 함수비용으로 비선형성이 높은 문제 해결 능력이 우수하다고 알려진 마이크로 유전알고리즘을 이용하여 도출하고자 한다.
  • 본 연구에서는 자동차 사이드 멤버의 충돌에너지 흡수효율 최대화를 위하여 민감도 분석을 수행하였으며, 이를 통해 주요변수를 도출하고 이의 최적설계를 실시하였다. 또한, 축 압축변형 유도를 통한 충돌성능 극대화를 위하여 선행연구에서 제시한 위상최적설계를 수행하고 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 본 장에서는 자동차 사이드 멤버의 축 압축변형 유도를 통한 충돌 내부에너지 최대화를 위하여 저자들의 선행연구11에서 제시한 위상최적화 기법을 이용하고자 하며, 위상최적화의 주요 파라미터에 대한 최적설계를 수행한 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
해외에서 탑승자 상해를 줄이기 위한 대책으로 어떤 규정들을 제정하고 있는가? 하지만 자동차의 급속한 증가와 더불어 발생하는 교통사고는 국내를 포함한 해외의 자동차 선진국에서도 큰 사회적 문제를 야기하고 있으며, 각국의 정부들은 탑승자 상해를 줄이기 위한 대책을 수립하기 시작하였다. 미국의 경우 FMVSS (Federal Motor Vehicle Safety Standard)라 불리는 규정을 미 연방법규의 일부로 제정하였으며, 유럽의 경우에는 ECE (Economic Commission for Europe) 또는 EEC (European Economic Community)를 통해서 충돌성능에 대한 유럽통합법규를 제정하고 있는 실정이다.
충돌성능 향상을 위해서 자동차 분야에서 적용되고 있는 합리적 설계방법은 무엇인가? 반면, 압괴 강도가 커져서 동일한 에너지를 흡수하는데 필요한 압괴량이 작아지면, 승객이 받는 가속도가 증가되어 탑승자의 부상 가능성이 높아지게 된다.10 그러므로 이를 해결하기 위한 방법은 자동차를 합리적으로 설계하는 것이 필요하며, 자동차 분야에서 적용되고 있는 합리적 설계방법은 설계 초기 단계에서의 전산구조해석에 의한 최적화 방안이다.
차량의 충돌성능을 향상시키기 위해 고려해야 하는 것은 무엇인가? 따라서 자동차 제조회사들은 차량의 충돌성능을 높이기 위하여 많은 연구를 진행하고 있으며,2-6 충돌성능 향상을 위해서는 탑승자를 안전하게 보호하는 역할을 하는 차 실(compartment)의 예와 같이 충돌 시 에너지를 흡수함으로써 충격을 줄여주는 부재를 효과적으로 설계하는 것이 무엇보다 중요하다.7-9 즉, 충돌사고 발생 시 충돌에너지는 차량의 변형을 통해 흡수되는데, 차량의 압괴 강도를 증가시키면 동일한 에너지를 흡수하는데 필요한 압괴량이 작아지게 되므로 더 많은 생존공간을 확보 할 수 있다. 반면, 압괴 강도가 커져서 동일한 에너지를 흡수하는데 필요한 압괴량이 작아지면, 승객이 받는 가속도가 증가되어 탑승자의 부상 가능성이 높아지게 된다.10 그러므로 이를 해결하기 위한 방법은 자동차를 합리적으로 설계하는 것이 필요하며, 자동차 분야에서 적용되고 있는 합리적 설계방법은 설계 초기 단계에서의 전산구조해석에 의한 최적화 방안이다.
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참고문헌 (12)

  1. Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Automotive Vehicle Management Status," 2012. 

  2. Kim, H. Y., Kim, J. K., Heo, S. J., and Kang, H., "Design of the Impact Energy Absorbing Members and Evaluation of the Crashworthiness for Aluminum Intensive Vehicle," Inter. J. of Automotive Technology, Vol. 10, No. 1, pp. 216-233, 2002. 

  3. Koo, J. S. and Youn, Y. H., "Crashworthy Design and Evaluation on the Front-end Structure of Korean High Speed Train," International Journal of Automotive Technology, Vol. 5, No. 3, pp. 173-180, 2004. 

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  4. Koo, J. S., Cho, H. J., and Kwon, T. S., "A study on Establishing the Accident Scenarios for Crashworthiness of Rolling Stocks," Korean Society for Railway spring conference, pp. 1-10, 2007. 

  5. Kim, E. K., "Study on the Design of the Passenger Cars Bumper Rail to Reduce the Weight," M.Sc. Thesis, Mechanical Engineering, Chonnam National Univ., 2001. 

  6. Yoon, K. H., "Plastics in Automotive Components," Advanced Materials and Manufacturing in Automotive Engineering, Vol. 28, No. 1, pp. 33-39, 2006. 

  7. Kim, H. J., Cho, H., Jung, H. S., Kwon, T. S., and Suh, M. W., "Crashworthiness Design and Evaluation on the Leading-cap Structure of Rolling Stock using Topology," Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 10, No. 2, pp. 79-85, 2009. 

    원문보기 상세보기 crossref

  8. Kim, H. J., Kim, S. H., Jung, H. S., Kwon, T. S., and Suh, M. W., "The Study on Conceptual Structure Design in Protective Shell Frame of Rolling Stock Leading-cab using Topology Optimization," Proc. of KSAE spring conference, pp. 2025-2030, 2007. 

  9. Bensoe, M. P. and Kikuchi, N., "Generating Optimal Topologies in Structural Design using a Homogenization Method," Comp. Meth. in Applied Mech. and Eng., Vol. 71, No. 2, pp. 197-224, 1998. 

  10. Ministry of Construction Transportation(MOCT), "Transit Safety Act, Standard Accident Scenario 16 articles," 2007. 

  11. Kim, H. J., Kim, B. Y., and Suh, M. W., "Development of a Topology Optimization Program Considering Density and Homogenization Methods," Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 12, No. 2, pp. 303-312, 2011. 

    원문보기 상세보기 crossref

  12. Lee, J. H. and Suh, M. W., "Development of Optimization Algorithm for Unconstrained Problems Using the Sequential Design of Experiments and Artificial Neural Network," Transaction of the KSME(A), Vol. 32, No. 3, pp. 258-266, 2008. 

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