[논문]제작 오차를 고려한 트랙터 캐빈의 구조 해석

박장우

doi:10.15207/jkcs.2017.8.5.155

제작 오차를 고려한 트랙터 캐빈의 구조 해석
Structural Analysis of a Tractor Cabin Considering Structure Production Error 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.8 no.5, 2017년, pp.155 - 160

박장우 (아주네트웍스(주) 서비스본부)

초록
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트랙터는 각종 작물을 생산하는 농용작업 외에 건설작업, 임야작업, 가정용 등에 사용되는 다목적 작업차량으로 경작용의 가래, 쟁기, 써레, 수확기 등을 견인하는 농업 작업에 없어서는 안 되는 필수 장비이다. 트랙터 운전자의 작업공간인 캐빈은 트랙터가 전도되었을 때 운전자가 입게 될 피해를 최소화하고 운전자가 전락하여 상해를 입지 않도록 보호하여야 한다. 일반적으로 캐빈은 프레임과 판들의 용접으로 제작되기 때문에 용접상태에 따라 구조물의 강성이 크게 영향을 받게 된다. 본 연구에서는 유한요소 해석을 이용하여 캐빈의 제작 시 예상되는 구조물의 용접 오차가 캐빈 구조물의 정적, 동적 강성에 미치는 영향을 파악하고, 캐빈의 강성을 확보하기 위한 방안을 제시하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

A cabin of the agricultural tractor is designed to protect the driver from vibration transmitted due to the irregular ground and overturning of the tractor. The cabin is usually manufactured by welding frames and plates. Consequently, the welded state of the frame and plate affects the stiffness of the cabin structure. In this paper, the static and dynamic stiffness characteristics of the cabin are identified through finite element analysis and effects of the structure production error are investigated to insure the structural stiffness of the cabin.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

결과적으로 프레임과 판들의 용접상태에 따라 캐빈의 강성은 크게 영향을 받게 된다. 본 연구에서는 캐빈의 정적, 동적 강성이 구조물의 용접상태에 따라 받는 영향을 유한요소 해석을 통하여 파악하고, 캐빈의 구조적 강성을 확보하기 위한 방안을 제시하고자 한다.
유한요소 해석 시 프레임과 판재의 결합조건은 완전 고정으로 가정하지만 실제 결합되는 판재는 용접특성에 따라 완전 고정보다는 약한 결합 상태를 가질 수 있으므로 예측한 강성과 실제 제작된 캐빈의 강성사이에 오차가 발생할 수 있다. 캐빈의 구조적 특성, 즉 프레임에 부착되는 각 판재들의 결합상태가 강성에 미치는 영향을 파악하기 위하여, 각 판재들이 프레임과 단단히 결합되어있는 경우와 각 판재가 제거된 경우의 극단적인 상황에 대한 강성 변화를 살펴보았다. 정적 부하시험에 대한 해석 결과의 변화는 Table 2 와 같다.

제안 방법

따라서 운전자의 승차감과 관련되는 전체 프레임이 움직이는 진동모드 중에서 변위가 가장 클 것으로 예상되는 두 번째 모드가 캐빈의 제작 오차에 의해서 받는 영향을 살펴보았다.
정적 강성은 수평 하중에 대한 캐빈의 최대변위로부터, 동적 강성은 캐빈의 고유진동수를 이용하여 그 특성을 살펴보았다. 또한 캐빈의 제작과 관련된 구조적 특성을 고려하여 프레임과 판재의 결합과 관련된 제작 오차가 캐빈의 정적, 동적 강성에 미치는 영향을 살펴보았다. 그 결과 캐빈의 정강성에 큰 영향을 미치는 부위는 측면, 후방, 천장판재의 결합상태이고 각 판재를 제거하는 경우 최대 변위가, 측면판재 180%, 후방판재 67%, 천장판재 46%, 각각 증가하였다.
트랙터 캐빈을 모델링하고, 유한요소 해석을 수행하여 캐빈의 정적, 동적 강성을 파악하였다. 정적 강성은 수평 하중에 대한 캐빈의 최대변위로부터, 동적 강성은 캐빈의 고유진동수를 이용하여 그 특성을 살펴보았다. 또한 캐빈의 제작과 관련된 구조적 특성을 고려하여 프레임과 판재의 결합과 관련된 제작 오차가 캐빈의 정적, 동적 강성에 미치는 영향을 살펴보았다.
캐빈의 구조적 특성, 즉 프레임에 부착되는 각 판재들의 결합상태가 앞에서 살펴본 두 번째 모드에 미치는 영향을 파악하기 위하여 각 판재들이 프레임과 단단히 결합되어있는 경우와 각 판재가 제거된 경우의 극단적인 상황에 대한 고유진동수의 변화를 살펴보았다.
트랙터 캐빈을 모델링하고, 유한요소 해석을 수행하여 캐빈의 정적, 동적 강성을 파악하였다. 정적 강성은 수평 하중에 대한 캐빈의 최대변위로부터, 동적 강성은 캐빈의 고유진동수를 이용하여 그 특성을 살펴보았다.

대상 데이터

재료의 물성치는 [Table 1] 과 같고 해석 모델은 쉘 요소를 사용하였으며 4개의 node를 가지는 S4 요소는 82,990개이고 3개의 node를 가지는 S3 요소는 34개를 사용하였다.

데이터처리

1] 과 같다. 캐빈 구조의 해석은 상용프로그램인 ABAQUS를 이용하였다. 재료의 물성치는 [Table 1] 과 같고 해석 모델은 쉘 요소를 사용하였으며 4개의 node를 가지는 S4 요소는 82,990개이고 3개의 node를 가지는 S3 요소는 34개를 사용하였다.

성능/효과

또한 캐빈의 제작과 관련된 구조적 특성을 고려하여 프레임과 판재의 결합과 관련된 제작 오차가 캐빈의 정적, 동적 강성에 미치는 영향을 살펴보았다. 그 결과 캐빈의 정강성에 큰 영향을 미치는 부위는 측면, 후방, 천장판재의 결합상태이고 각 판재를 제거하는 경우 최대 변위가, 측면판재 180%, 후방판재 67%, 천장판재 46%, 각각 증가하였다. 또한 동강성에 큰 영향을 미치는 부위는 후방판재의 결합상태로 판재제거 시 고유진동수가 25% 감소하였다.
그 결과 캐빈의 정강성에 큰 영향을 미치는 부위는 측면, 후방, 천장판재의 결합상태이고 각 판재를 제거하는 경우 최대 변위가, 측면판재 180%, 후방판재 67%, 천장판재 46%, 각각 증가하였다. 또한 동강성에 큰 영향을 미치는 부위는 후방판재의 결합상태로 판재제거 시 고유진동수가 25% 감소하였다.따라서 캐빈을 제작할 때 이 판재들이 프레임과 단단히 결합되도록 세심한 주의를 기울여야한다.
해석 결과를 보면, 천정이 없는 경우에는 캐빈의 고유진동수가 오히려 7.0% 증가하였는데 이는 판재가 캐빈의 강성에 기여하는 정도보다 무게를 증가시키는 효과가 더 크기 때문인 것으로 판단된다. 옆면의 판이 없는 경우에는 고유진동수가 감소하였으나 그 변화량은 1.
정적 부하시험에 대한 해석 결과의 변화는 Table 2 와 같다. 해석 결과를 보면, 후방부하 시 캐빈의 정강성은 측면판(side panel)의 결합상태에 크게 영향을 받으며 측방부하에 대하여는 후방(rear) 판과 천장(roof) 판의 결합상태에 크게 영향을 받음을 알 수 있다.
9% 정도로 미소하였다. 후방의 판이 없는 경우의 고유진동수가 25% 감소하여 그 변화량이 가장 컸으며, 이는 캐빈의 동적 강성이 가장 크게 감소하였다는 것을 의미한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	트랙터는 무엇인가?	트랙터는 각종 작물을 생산하는 농용작업 외에 건설작업, 임야작업, 가정용 등에 사용되는 다목적 작업차량으로 경작용의 가래, 쟁기, 써레, 수확기 등을 견인하는 농업 작업에 없어서는 안 되는 필수 장비이다. 트랙터 운전자의 작업공간인 캐빈은 트랙터가 전도되었을 때 운전자가 입게 될 피해를 최소화하고 운전자가 전락하여 상해를 입지 않도록 보호하여야 한다.
	본 논문에서 캐빈 구조의 해석을 위해 사용한 프로그램은 무엇인가?	1] 과 같다. 캐빈 구조의 해석은 상용프로그램인 ABAQUS를 이용하였다. 재료의 물성치는 [Table 1] 과 같고 해석 모델은 쉘 요소를 사용하였으며 4개의 node를 가지는 S4 요소는 82,990개이고 3개의 node를 가지는 S3 요소는 34개를 사용하였다.
	캐빈 구조의 해석을 위한 해석 모델은 무엇을 사용하였는가?	캐빈 구조의 해석은 상용프로그램인 ABAQUS를 이용하였다. 재료의 물성치는 [Table 1] 과 같고 해석 모델은 쉘 요소를 사용하였으며 4개의 node를 가지는 S4 요소는 82,990개이고 3개의 node를 가지는 S3 요소는 34개를 사용하였다.

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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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