[논문]로워암 리브 두께에 따른 구조 강도 해석

조재웅; 한문식

doi:10.7467/ksae.2014.22.1.126

[국내논문] 로워암 리브 두께에 따른 구조 강도 해석
Structural Strength Analysis due to Rib Thickness of Lower Arm 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.22 no.1, 2014년, pp.126 - 134

조재웅 (공주대학교 기계자동차공학부) , 한문식 (계명대학교 기계자동차공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study investigates the structural strength analysis due to rib thickness of lower arm. At structural analysis, model 1 has the most deformation by comparing three models. As most equivalent stress is shown at the part connected with wheel knuckle, the strength becomes weaker in cases of three models. At fatigue analysis, model 1 becomes most unstabilized among three models. Model 3 has most fatigue life and the next model is model 2. The range of maximum harmonic response frequencies becomes 140 to 175Hz in cases of three models. Because the critical frequency at model 3 becomes highest among three models but the stress exceeds yield stress, model 3 becomes most unstabilized at vibration durability. As models 1 and 2 has less than yield stress, these models become stabilized. Model 2 becomes most favorable by comparing three models at structural, fatigue and vibration analyses. This study result can be effectively utilized with the design of lower arm by investigating prevention against damage and its strength durability.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이러한 로워암은 충격에 대하여 내구성이 있어야지만 주행하는데 영향을 미치지 않는다.³⁾ 본 논문에서는 로워암 리브의 두께에 따른 구조 및 피로, 진동해석을 통하여 어느 형상이 안정되는지 판단하기 위하여 해석을 실시하였다.^4-6) 따라서 로워암을 같은 크기의 형상에 리브의 두께에 따라 3가지 모델을 설계하였다.

가설 설정

자동차 무게를 줄이기 위해서 스프링 밑의 로워암을 알루미늄으로 만들어 경량화하거나 로워암 형상에 따른 연구를 많이 하고 있다.^1,2) 그러나 로워암이 충격에 뒤틀리거나 변형이 된다면 주행성이나 안전성에 문제가 될 것 이다. 특히 로워암에 결함이 있을 때는 차량이 과속 방지턱이나 요철 부위를 지날 때 하체소음이 난다.

제안 방법

³⁾ 본 논문에서는 로워암 리브의 두께에 따른 구조 및 피로, 진동해석을 통하여 어느 형상이 안정되는지 판단하기 위하여 해석을 실시하였다.^4-6) 따라서 로워암을 같은 크기의 형상에 리브의 두께에 따라 3가지 모델을 설계하였다. 3D설계프로그램 UG 을 이용하여 3차원으로 설계를 하였고 ANSYS해석 프로그램을 이용하여 구조 및 피로, 진동해석을 하여 그 강도를 비교해 보았다.
Fig. 2에서 고정된 구속조건만을 주고 차량에 미치는 힘은 지면에서 바퀴로 수직으로 작용하는 힘이 크므로 Z축 방향으로 설정하고 1~6까지 모드를 설정하여 Fig. 7에서와 같이 Modal 해석을 하였다.
각 모델의 경계조건은 Fig. 2와 같으며, 모델 전체 부분을 피로 하중에 의한 피로수명에 대해서 해석하였다. Fig.
2와 같다. 차량 부재와 연결되는 구멍(면A)을 고정하고 앞바퀴를 잡고 있는 너클과 연결되어있는 부분(면B)에 간접적으로 작용되는 힘 215N을 가하였다. 차량 앞부분에 가해지는 차량의 무게를 힘으로 변환하여 계산하면 통상의 기준 무게로 1400kg이다.

대상 데이터

현재 시중에서 사용되는 차량에 탑재된 로워암 리브의 두께는 10-30 mm이다. 따라서 본 연구에서의 Model 1, 2 및 3은 각각 리브의 두께를 10, 20 및 30mm로 하였다. Table 1은 본 모델들의 크기 및 중량을 나타낸다.

데이터처리

^4-6) 따라서 로워암을 같은 크기의 형상에 리브의 두께에 따라 3가지 모델을 설계하였다. 3D설계프로그램 UG 을 이용하여 3차원으로 설계를 하였고 ANSYS해석 프로그램을 이용하여 구조 및 피로, 진동해석을 하여 그 강도를 비교해 보았다. 본연구의 결과를 종합하여 자동차 로워암의 설계에 응용한다면 그 강도 저하 및 파손 방지를 검토, 예측하는데 용이할 것으로 사료된다.

성능/효과

1) 구조해석 결과, Model 1은 1.0018mm, Model 2는 0.70816mm, Model 3은 0.54754mm 변형이 일어남으로써 Model 1이 다른 모델보다 더 변형되는 것을 알 수 있다. 그리고 세가지 모델 모두, 휠너클과 연결되는 부위에서 등가응력이 커져서 그 강도가 약해질 수 있음을 알 수 있다.
2) Model 1이 피로에 대하여 가장 불안정함을 보이고 있고 Model 3가 가장 피로 수명이 길고 Model 2는 그 다음 순으로 된다.
3) Model 1, 2 및 3 공히 최대의 하모닉 진동수들은 140내지 175Hz이내에서 일어남을 보인다. 진동에 대한 내구성은 그 위험 진동수가 가장 크게 나타나는 Model 3이 가장 양호할 수 있지만 그 응력이 항복응력을 초과하여 오히려 Model 3가 불안정하고 Model 1 및 Model 2는 항복응력 범위내가 되어서 안정됨을 알 수 있다.
Model 1에서 모드 1~6까지 Modal해석 결과 Mode3에서 795.15Hz 진동수에서 최대 66.81mm로 가장 큰 변형이 일어났다.
Model 2에서 모드 1~6까지 Modal해석 결과, Mode3에서 897.22Hz 진동수에서 최대 60.786mm로 가장 큰 변형이 일어났다. Model 3 또한 Fig.
Model 3에서의 모드 1~6까지 modal해석 결과, Mode4에서 983.39Hz 진동수에서 최대 55.932mm로 가장 큰 변형이 일어났다. Fig.
결과적으로 Model 1, 2 및 3 공히 최대의 하모닉 진동수들은 140~175Hz이내에서 일어남을 보인다. 그리고 Model 3의 전변형량은 Model 1, Model 2에 비해 큰 것을 알 수 있고, 등가응력에 있어서도 Model 1, Model 2 보다 큰 것을 알 수 있다.
이 결과는 모델 전체에 걸쳐서 불규칙 진폭 하중으로 본 모델에 작용됨으로써 이 결과의 등고선 그림들은 주어진 피로 분석에 대하여 사용 가능한 수명들을 보여 주고 있다. 그 최대 수명이 336930Cycle로 그 수명은 같이 나오나 Model 1에서 Model 2나 3보다 로워암 의 중앙 위쪽 부위가 그 수명이 더 작아짐을 알 수 있어서 Model 1이 Model 2나 Model 3에 비하여 전체적으로 피로수명이 더 짧아지는 것을 알 수 있다.¹⁰⁾
구조해석결과, Model 1이 다른 모델보다 더 변형되는 것을 알 수 있다. 그리고 세가지 모델 모두, 너클과 연결되는 부위에서 등가응력이 커져서 그 강도가 약해질 수 있음을 알 수 있었다.
54754mm 변형이 일어남으로써 Model 1이 다른 모델보다 더 변형되는 것을 알 수 있다. 그리고 세가지 모델 모두, 휠너클과 연결되는 부위에서 등가응력이 커져서 그 강도가 약해질 수 있음을 알 수 있다.
11과 같다. 진동수 144Hz에서 Model 1의 전변형량은 최대 4.275mm변형되었고 등가응력은 최대118.74 MPa로 나타났다.
13과 같다. 진동수 158.4Hz에서 Model 2의 전변형량은 최대 5.0931mm 변형되었고 등가응력은 최대 141MPa로 나타났다.
15와같다. 진동수 171.2Hz에서 Model 3의 전변형량은 최대 5.3958mm 변형되었고 등가 응력은 최대 328.34 MPa로 나타났다.

후속연구

4) 본 연구의 결과를 종합하여 자동차 로워암의 설계에 응용한다면 그 강도 내구성 및 파손 방지를 검토, 예측하는데 용이할 것으로 사료된다.
3D설계프로그램 UG 을 이용하여 3차원으로 설계를 하였고 ANSYS해석 프로그램을 이용하여 구조 및 피로, 진동해석을 하여 그 강도를 비교해 보았다. 본연구의 결과를 종합하여 자동차 로워암의 설계에 응용한다면 그 강도 저하 및 파손 방지를 검토, 예측하는데 용이할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	로워암은 무엇인가?	그에 따라 자동차의 부품도 다양해졌으며 자동차회사들은 이러한 자동차부품 의연 입천장 발에 박차를 가하고 있다. 그중 자동차서 스펜션 구조에 있어 로워암이란 차량 맴버와 타이어 안쪽 부분인 너클을 연결하는 부품을 말한다. 자동차 무게를 줄이기 위해서 스프링 밑의 로워암을 알루미늄으로 만들어 경량화하거나 로워암 형상에 따른 연구를 많이 하고 있다.
	로워암에 결함이 있을 때 차량에 어떤 문제가 발생하는가?	1,2) 그러나 로워암이 충격에 뒤틀리거나 변형이 된다면 주행성이나 안전성에 문제가 될 것 이다. 특히 로워암에 결함이 있을 때는 차량이 과속 방지턱이나 요철 부위를 지날 때 하체소음이 난다. 이러한 로워암은 충격에 대하여 내구성이 있어야지만 주행하는데 영향을 미치지 않는다.

참고문헌 (10)

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상세보기
T. K. Lee and B. S. Kim, "Vibration Analysis of Automobile Tire due to Bump Impact," Applied Acoustics, Vol.69, Issue 6, pp.473-478, 2008.

상세보기
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상세보기
S. H. Han, T. H. Lee, S. Y. Shin, C. H. Suh and T. W. Kwon, "Development of Modeling Support System for Lower Arm in Automobile Suspension Module," Journal of Society of CAD/CAM Engineers, Vol.11, No.1, pp.49-56, 2006.
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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