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문제 정의
- 본 연구에서는 냉장고 낙하 시 생기는 힌지변형거동을 유한요소해석으로 예측하기 위해, 재료물성시험, 냉장고 낙하시험 및 해석 등을 수행했다.
- 본 연구에서는 냉장고 운송 중 낙하충격 시 도어와 케비넷을 연결하는 하힌지의 변형을 예측할 수 있는 실용적인 해석방법을 제시하고자 한다. 우선 동적변형 시 필요한 소재 물성확보를 위해서 다양한 속도에서 하힌지와 하부 포장재의 동적물성 데이터를 실험 및 역공학으로 확보했다.
- 한편 최적화 프로그램 LS_OPT의 Meta model-based optimization 방법을 이용해 실험과 유사한 하중-변위곡선을 주는 EPP-foam의 재료물성을 획득하였다. 해석과 실험의 하중-변위 곡선의 상대오차의 최소화를 목적함수로 설정하였다. Fig.
가설 설정
- 동적변형 거동모사를 위한 유한요소해석 프로그램은 LS-dyna를 사용했다.(8) 해석시간 단축과 해석 수렴성 향상을 위해서 초기 모델에서 하힌지 부분과 하부 포장재만 변형체로 모델링하고, 나머지 부분에 대해서는 강체로 가정하여 해석을 단순화했다(Fig. 6). 변형체인 상하부 힌지는 Shell 요소, 하부포장재는 3차원 Solid 요소로 구성했으며, 총 요소수는 약 76,000 개이다.
- 변형체인 상하부 힌지는 Shell 요소, 하부포장재는 3차원 Solid 요소로 구성했으며, 총 요소수는 약 76,000 개이다. 해석 시 상하단 힌지와 케비넷 체결 부는 완전 구속되어 있다고 가정했으며, 나머지 Part간에는 접촉조건을 설정 (마찰계수는 0.1로 가정)했다. 또한 해석의 정확도를 높이기 위해 실 포장조건과 같이 포장 cable을 모사했다.
- 역공학기법으로 재료물성으로 얻기 위해 굽힘해석을 수행했다. 해석 시 하힌지 (쉘요소)를 제외한 펀치 및 고정지그는 강체로 가정했다. 굽힘해석은 상용프로그램인 LS-DYNA으로.
- 그리고, 역공학으로 얻어진 비선형 물성데이터를 기반으로 낙하해석을 수행했다. 해석시간과 수렴성 등을 고려한 실용적인 해석을 수행하기 위해 힌지 및 포장재를 제외한 냉장고 케비넷, 도어 등은 강체 (Rigid Body)로 가정했다. 최종적으로 본 연구의 검증을 위해, 해석으로 구해진 변형거동과 실제 제품의 낙하 실험결과를 비교분석했다.
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