[논문]스테빌라이저 링크의 종류별 강도 해석을 통한 융합 기술연구

조재웅

doi:10.15207/jkcs.2015.6.1.057

스테빌라이저 링크의 종류별 강도 해석을 통한 융합 기술연구
Study on Convergence Technique through Strength Analysis of Stabilizer Link by Type 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.6 no.1, 2015년, pp.57 - 63

초록
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본 연구에서는 자동차의 스테빌라이저 링크를 모델로 하여 로워암과 연결되는 곳에 고정을 하고 모멘트를 가한다. Model 1, 2 및 3는 각각 길이 조정형, 일반형 및 일체형들이다. 이 모델들은 CATIA와 ANSYS로 설계 및 강도해석을 통한 융합 기술을 수행함으로서 연구된다. Model 3의 최대 등가응력이 가장 작음으로서 Model 3가 3개의 모델들 중 가장 큰 하중을 견딜 수 있다. 피로 해석으로서는 Model 3가 응력 상태의 빈도수가 일어나는 구간이 가장 작음으로서 세가지 모델 중 가장 안정적이다. 그 다음으로 Model 1, Model 2 순으로 안정적임으로서 응력 상태의 빈도로서 구간 수가 커지고 불안정성이 더 커진다. 그리고 디자인 면에서의 융합 기술로의 접목도 가능하여 미적인 감각을 나타낼 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the lower arm is connected and fixed at the model of the automotive stabilizer link as the moment is applied. There are models of 1, 2 and 3 as a length control type, a general type and a single body type respectively. These models are investigated by performing the convergence technique through the design and the strength analysis with CATIA and ANSYS. As the maximum equivalent stress of model 3 has the least, model 3 can endure the highest load among three models. As the fatigue analysis, model 3 has the minimum blocks as the frequency of stress state, model 3 becomes also safest among three models. As models of 1, 2 are in the order of the next safety, the number of blocks becomes larger as the frequency of stress state and the instability becomes higher. And it is possible to be grafted onto the convergence technique at design and show the esthetic sense.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 구조용 강으로 스테빌라이저 재질을 사용하여 재질 문제라기보다는 스테빌라이저의 형상으로서의 피로 하중에 대한 구조해석에 주안점을 두었다. 또한 본 연구에서는 이러한 스테빌라이저에 대한 구조 및 피로 해석을 하였다. 본 연구의 결과를 종합하여 스테빌라이저의 부품 설계에 응용한다면 그 파손방지 및 내구성[7,8,9,10,11,12,13,14,15]을 검토할 수 있고 그 설계에 유용하게 활용될 것으로 사료된다.

제안 방법

본 연구에서는 자동차의 스테빌라이저 링크를 모델로 삼고 로워암과 연결되는 곳에 고정을 하고 모멘트를 받는 부위에 모멘트를 주었을 때의 변화를 구한다. 모델은 실제 판매되고 있는 길이조정형, 일반형, 일체형(고정형)으로서 3 가지의 형상을 참조하여 CATIA를 이용하여 모델링한 후 ANSYS를 이용하여 해석하였다. Fig.
따라서 아직은 시중에 일반자동차용으로는 적합하지 않은 면이 있다. 본 연구에서는 구조용 강으로 스테빌라이저 재질을 사용하여 재질 문제라기보다는 스테빌라이저의 형상으로서의 피로 하중에 대한 구조해석에 주안점을 두었다. 또한 본 연구에서는 이러한 스테빌라이저에 대한 구조 및 피로 해석을 하였다.
본 연구에서는 자동차의 스테빌라이저 링크를 모델로 삼고 로워암과 연결되는 곳에 고정을 하고 모멘트를 받는 부위에 모멘트를 주었을 때의 변화를 구한다. 모델은 실제 판매되고 있는 길이조정형, 일반형, 일체형(고정형)으로서 3 가지의 형상을 참조하여 CATIA를 이용하여 모델링한 후 ANSYS를 이용하여 해석하였다.
스테빌라이저가 받는 피로 하중에 의한 피로수명과 파손에 대해서 해석하였다. Fig.
9 N⦁m를 가한다. 이를 이용하여 구조해석 및 피로해석을 수행하였다.

이론/모형

스테빌라이저가 받는 피로 하중에 의한 피로수명과 파손에 대해서 해석하였다. Fig. 9와 같이 경과되는 1 사이클에 대한 응력 진폭과 평균 응력인 피로 하중의 내역으로서 SAE bracket history 모델들에 작용하였다. 진폭 응력은 최대 응력과 최소응력의 차이로 되어지고, 평균 응력은 그 최대와 최소 응력의 중간에 대한 평균 응력을 의미한다.

성능/효과

1) 구조해석 결과, Model 1이 14.51MPa의 최대의 등가응력과 0.0079925mm의 최대변형량을 보이고 Model 2는 15.373MPa의 최대의 등가응력과 0.0067129mm의 최대의 변형량을 보이고 있으며 Model 3은 7.4521MPa의 최대의 등가응력과 0.0083683mm의 최대변형량을 보이고 있음을 알 수 있다. Model 3의 최대 등가응력이 제일 낮은 것으로 나타났다.
2) 피로해석 결과, 모델 3이 피로 수명은 가장 많음을 보이고, 피로 손상은 가장 적은 것을 확인하였다.
3) 모델 3이 피로의 빈도수가 일어나는 응력 상태의 구간이 훨씬 적어 가장 안정적인 것을 볼 수 있고, 모델 1, 모델 2 순으로 응력 상태의 구간이 커져서 불안정함을 보이고 있다. 또한 모델 3의 상대적인 손상은 평균응력이 -150MPa 이고 진폭응력이 500MPa의 경우로서 최대의 상대적인 손상의 범위가 약 3.
세 가지 모델들은 그 최대의 빈도수가 87정도이다. 단, 모델 1의 평균 응력범위는 -4320MPa부터 3219MPa이고 응력 진폭범위는 0MPa부터 3770MPa 로서 평균 응력이 -300MPa 부근이며 진폭응력이 100MPa 부근에서 최대 빈도수가 나타났다. 모델 2의 평균 응력범위는 -4567MPa부터 3404MPa이고 응력 진폭범위는 0MPa부터 3986MPa로서 평균 응력이 -350MPa 부근이며 진폭 응력이 200MPa 부근에서 최대 빈도수가 나타났다.
3) 모델 3이 피로의 빈도수가 일어나는 응력 상태의 구간이 훨씬 적어 가장 안정적인 것을 볼 수 있고, 모델 1, 모델 2 순으로 응력 상태의 구간이 커져서 불안정함을 보이고 있다. 또한 모델 3의 상대적인 손상은 평균응력이 -150MPa 이고 진폭응력이 500MPa의 경우로서 최대의 상대적인 손상의 범위가 약 3.13%를 보이고 있다.
17%를 보이고 있다. 모델 2는 상대적인 손상은 평균응력이 -310MPa이고 진폭응력이 1500MPa의 경우로서 최대의 상대적인 손상의 범위가 약 3.16%를 보이고 있다. 모델 3은 상대적인 손상은 평균응력이 -150MPa 이고 진폭응력이 500MPa의 경우로서 최대의 상대적인 손상의 범위가 약 3.
단, 모델 1의 평균 응력범위는 -4320MPa부터 3219MPa이고 응력 진폭범위는 0MPa부터 3770MPa 로서 평균 응력이 -300MPa 부근이며 진폭응력이 100MPa 부근에서 최대 빈도수가 나타났다. 모델 2의 평균 응력범위는 -4567MPa부터 3404MPa이고 응력 진폭범위는 0MPa부터 3986MPa로서 평균 응력이 -350MPa 부근이며 진폭 응력이 200MPa 부근에서 최대 빈도수가 나타났다. 모델 3의 평균 응력범위는 -2221MPa부터 1655MPa이고 응력 진폭범위는 0MPa부터 1938MPa 로서 평균 응력이 -150MPa 부근이며 진폭응력이 80MPa 부근에서 최대 빈도수가 나타났다.
16%를 보이고 있다. 모델 3은 상대적인 손상은 평균응력이 -150MPa 이고 진폭응력이 500MPa의 경우로서 최대의 상대적인 손상의 범위가 약 3.13%를 보이고 있다. 이 결과들을 통해서 세 가지 모델은 이러한 응력 상태에서 파손의 가능성이 많다고 예측할 수 있다.
모델 2의 평균 응력범위는 -4567MPa부터 3404MPa이고 응력 진폭범위는 0MPa부터 3986MPa로서 평균 응력이 -350MPa 부근이며 진폭 응력이 200MPa 부근에서 최대 빈도수가 나타났다. 모델 3의 평균 응력범위는 -2221MPa부터 1655MPa이고 응력 진폭범위는 0MPa부터 1938MPa 로서 평균 응력이 -150MPa 부근이며 진폭응력이 80MPa 부근에서 최대 빈도수가 나타났다. 모델 3이 그 빈도수가 일어나는 응력 상태의 구간이 훨씬 적어 가장 안정적인 것을 볼 수 있고, 모델 1, 모델 2 순으로 응력 상태의 구간이 커져서 불안정함을 보이고 있다.

후속연구

4) 본 연구의 결과를 종합하여 스테빌라이저의 부품설계에 응용한다면 그 파손 방지 및 내구성을 검토할 수 있고 그 설계에 유용하게 활용될 것으로 사료된다. 그리고 디자인 면에서의 융합 기술로의 접목도 가능하여 미적인 감각을 나타낼 수 있다.
또한 본 연구에서는 이러한 스테빌라이저에 대한 구조 및 피로 해석을 하였다. 본 연구의 결과를 종합하여 스테빌라이저의 부품 설계에 응용한다면 그 파손방지 및 내구성[7,8,9,10,11,12,13,14,15]을 검토할 수 있고 그 설계에 유용하게 활용될 것으로 사료된다. 그리고 디자인 면에서의 융합 기술로의 접목도 가능하여 미적인 감각을 나타낼 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	알루미늄을 전적으로 사용하여 경량화를 할 때 주의해야할 점은?	현재 타이로드를 생산하는 부품업체에서는 강을 사용한 단조품으로 타이로드를 제작하고 있다[1,2,3]. 자동차에서는 경량화된 알루미늄으로 교체하려 하고 있다고 하지만 가격이나 강도 면에서 알루미늄은 가격도 강보다 높고 강도 면에서 일반적으로 떨어진다. 특히 타이로드의 머리 부분인 볼은 다른 자동차 연결 부품과의 억지 끼워 맞춤을 해야 되어서 강도가 떨어지는 알루미늄보다는 강으로 되어 있는 것이 바람직하다.
	차체 및 샤시 부품의 경량화가 중요시되는 배경은?	최근 들어 유해 가스의 규제와 친환경 자동차의 개발에 부응하여 차체 및 샤시 부품의 경량화에 대한 중요성이 부각되고 있다. 자동차 부품의 경량화를 구현하기 위한 접근 방법으로서 재료개발과 설계 제조기술의 적용으로 분류할 수 있어 완성차업체나 부품업체의 현장에서도 이의 중요성을 이미 파악하고 있는 상태이다.
	자동차 부품의 경량화를 위한 접근방법 및 단점은?	이는 구조설계가 유한요소 해석에 기초를 하고 있어 해석에 있어 타당한 정의와 정확한 결과가 요구되기 때문이다. 현재 타이로드를 생산하는 부품업체에서는 강을 사용한 단조품으로 타이로드를 제작하고 있다[1,2,3]. 자동차에서는 경량화된 알루미늄으로 교체하려 하고 있다고 하지만 가격이나 강도 면에서 알루미늄은 가격도 강보다 높고 강도 면에서 일반적으로 떨어진다. 특히 타이로드의 머리 부분인 볼은 다른 자동차 연결 부품과의 억지 끼워 맞춤을 해야 되어서 강도가 떨어지는 알루미늄보다는 강으로 되어 있는 것이 바람직하다.

참고문헌 (15)

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A. K. Kim, K. Tunvir, S. J. Park, G. D. Jeong, M. A. Hasan, S. S. Cheon, "Study on Compressive Behavior of Heterogeneous Al-alloy Foam by Cruciform-Hemisphere Model", Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, Vol. 14, Issue 6, pp. 933, 2006.

상세보기
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J. Swanson, 2009, Ansys 120.0, Ansys Inc., USA.

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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