본 연구에서는 IIHS기준 범퍼 충돌해석을 통하여, 구간 조합 복합 범퍼 빔의 특성 분석하였다. 충돌 시 범퍼 빔의 5개 영역에서 지배적인 하중 유형에 대한 정보를 얻기 위해 Al 범퍼 빔에 대한 IIHS 범퍼 충돌 해석이 진행되었다. 또한, 항공우주 분야에서 빈번히 사용되는 5가지 적층순서 중, 인장 및 압축하중에 가장 효과적인 적층순서가 복합재료 쿠폰 해석을 통해 결정되었다. 이와 더불어, 결정된 두가지 복합재료의 적층순서를 적용한 복합재료 빔에 대해 3점 굽힘 해석이 수행되었다. 마지막으로, IIHS 범퍼 충돌 해석을 진행하여 구간 조합으로 이루어진 복합재료 범퍼 빔을 다른 유형의 복합 범퍼 빔과 비교하였다. 제안된 구간조합 복합재료 범퍼 빔은 단일 적층순서로 이루어진 복합재료 범퍼 빔에 비해 우수한 충돌 특성을 나타내었다.
본 연구에서는 IIHS기준 범퍼 충돌해석을 통하여, 구간 조합 복합 범퍼 빔의 특성 분석하였다. 충돌 시 범퍼 빔의 5개 영역에서 지배적인 하중 유형에 대한 정보를 얻기 위해 Al 범퍼 빔에 대한 IIHS 범퍼 충돌 해석이 진행되었다. 또한, 항공우주 분야에서 빈번히 사용되는 5가지 적층순서 중, 인장 및 압축하중에 가장 효과적인 적층순서가 복합재료 쿠폰 해석을 통해 결정되었다. 이와 더불어, 결정된 두가지 복합재료의 적층순서를 적용한 복합재료 빔에 대해 3점 굽힘 해석이 수행되었다. 마지막으로, IIHS 범퍼 충돌 해석을 진행하여 구간 조합으로 이루어진 복합재료 범퍼 빔을 다른 유형의 복합 범퍼 빔과 비교하였다. 제안된 구간조합 복합재료 범퍼 빔은 단일 적층순서로 이루어진 복합재료 범퍼 빔에 비해 우수한 충돌 특성을 나타내었다.
The aim of the current work is to characterise a piecewisely-integrated composite bumper beam based on the IIHS bumper crash protocol. IIHS bumper crash FE analysis for an aluminium type bumper beam was carried out to get the information about the dominant loading types at several regions in the bum...
The aim of the current work is to characterise a piecewisely-integrated composite bumper beam based on the IIHS bumper crash protocol. IIHS bumper crash FE analysis for an aluminium type bumper beam was carried out to get the information about the dominant loading types at several regions in the bumper beam during crash. In the meantime, robust stacking sequences against tension and compression have been searched for using FE analysis of a coupon type model. After determining most effective stacking sequences for tension and compression, three-point bending simulation was preliminarily carried out to investigate the combination performance of them. Finally, IIHS bumper crash FE analysis for the piecewisely-integrated composite bumper beam, which consisted of the combination of tension effective stacking sequence and compression efficacious stacking sequence, was conducted and the result was compared with other types of composite bumper beams. It was found that the newly suggested piecewisely-integrated composite bumper beam showed superior crashworthy behaviour to those of uni-modal stacking sequence composite bumper beams.
The aim of the current work is to characterise a piecewisely-integrated composite bumper beam based on the IIHS bumper crash protocol. IIHS bumper crash FE analysis for an aluminium type bumper beam was carried out to get the information about the dominant loading types at several regions in the bumper beam during crash. In the meantime, robust stacking sequences against tension and compression have been searched for using FE analysis of a coupon type model. After determining most effective stacking sequences for tension and compression, three-point bending simulation was preliminarily carried out to investigate the combination performance of them. Finally, IIHS bumper crash FE analysis for the piecewisely-integrated composite bumper beam, which consisted of the combination of tension effective stacking sequence and compression efficacious stacking sequence, was conducted and the result was compared with other types of composite bumper beams. It was found that the newly suggested piecewisely-integrated composite bumper beam showed superior crashworthy behaviour to those of uni-modal stacking sequence composite bumper beams.
본 연구에서는 PIC 범퍼 빔에 대한 IIHS 범퍼 충돌 해석을 진행하였다. IIHS 범퍼 충돌 해석에 앞서 선행적으로 두 가지 연구가 진행되었다.
제안 방법
범퍼 빔 해석에 앞서서 3점굽힘해석을 통하여, 단일 적층순서로 이루어진 복합재료에 비해 인장에 강한 적층순서와 압축에 강한 적층순서를 조합한 빔에 대한 경쟁력을 확인하였다. 또한 단일 적층순서로 이루어진 복합재료 범퍼빔과 구간조합 복합재료(Piecewisely-integrated composite, PIC) 범퍼빔에 대한 IIHS 정면충돌해석을 수행하여, 구간조합 복합재료 범퍼빔의 특성을 분석하고 향후 사용가능여부(Feasibility)에 대해 연구를 진행하였다.
이에 따라, 본 연구에서는 기존에 연구되었던 알루미늄 범퍼빔에 대해 IIHS 정면충돌해석을 수행하고, 알루미늄 범퍼빔의 각 부분에 주로 인장하중이 작용하는 곳과 압축하중이 작용하는 곳을 분류하고, 이와 더불어, 항공우주업에서 대표적으로 많이 쓰이는 복합재료 적층순서 5개에 대해 인장해석을 수행하여, 인장에 강한 적층순서와 압축에 강한 적층순서를 결정하였다. 범퍼 빔 해석에 앞서서 3점굽힘해석을 통하여, 단일 적층순서로 이루어진 복합재료에 비해 인장에 강한 적층순서와 압축에 강한 적층순서를 조합한 빔에 대한 경쟁력을 확인하였다. 또한 단일 적층순서로 이루어진 복합재료 범퍼빔과 구간조합 복합재료(Piecewisely-integrated composite, PIC) 범퍼빔에 대한 IIHS 정면충돌해석을 수행하여, 구간조합 복합재료 범퍼빔의 특성을 분석하고 향후 사용가능여부(Feasibility)에 대해 연구를 진행하였다.
복합재료에 있어서는 인장에 강한 적층순서가 있고, 압축에 강한 적층 순서가 따로 존재하는 데도 불구하고, 복합재료 범퍼빔을 일률적인 적층순서로 제조하는 것은 비효율적일 수 있다[9,10].이에 따라, 본 연구에서는 기존에 연구되었던 알루미늄 범퍼빔에 대해 IIHS 정면충돌해석을 수행하고, 알루미늄 범퍼빔의 각 부분에 주로 인장하중이 작용하는 곳과 압축하중이 작용하는 곳을 분류하고, 이와 더불어, 항공우주업에서 대표적으로 많이 쓰이는 복합재료 적층순서 5개에 대해 인장해석을 수행하여, 인장에 강한 적층순서와 압축에 강한 적층순서를 결정하였다. 범퍼 빔 해석에 앞서서 3점굽힘해석을 통하여, 단일 적층순서로 이루어진 복합재료에 비해 인장에 강한 적층순서와 압축에 강한 적층순서를 조합한 빔에 대한 경쟁력을 확인하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 범퍼 빔의 영역별로 인장 혹은 압축에 강한 적층순서를 선정하기 위하여 항공우주업에서 대표적으로 많이 쓰이는 5가지 적층순서[12,13], 즉, , , , 및 를 선정하고,이 5가지 적층순서로 이루어진 복합재료 인장시편에 대한 준 정적 인장 및 압축 해석을 진행하였다. ASTM D3039[14]에서 제시된 시험편을 기준으로 쿠폰이 모델링 되었으며,고려된 재료는 직교 이방성의 S-glass/Epoxy 복합재료(UNG150, SK chemical)[15]를 사용하였다.
이론/모형
범퍼 빔의 파손을 계산하기 위해 본 연구에서는 Tsai-Wu 파손 이론을 사용하였다. Tsai-Wu 파손 이론은 식 (4)와 같이 정의된다[18].
본 연구에서는 LS-DYNA를 사용하여 기존의 알루미늄 범퍼 빔에 대한 IIHS 범퍼 충돌 해석을 수행하여, 충돌 시 범퍼 빔의 일정 구간마다 지배적인 하중 특성에 대한 분석을 하였다. Fig.
성능/효과
첫째, 규격에 의거하여 5가지 복합재료 적층순서의 인장 및 압축해석이 진행되었으며 인장특성이 지배적인 적층순서는 , 압축특성이 지배적인 적층순서는 로 나타남을 확인하였다. 둘째,상,하부로 구분된 적층순서의 복합구조를 가진 빔 형상의 3점 굽힘 해석이 진행되었으며 단일 적층순서로 이루어진 빔 형상보다 더 우수한 굽힘 특성을 보임을 확인하였다. 선행적으로 이루어진 결과를 토대로 IIHS 범퍼 충돌 해석을 진행한 결과, Kevlar49/Epoxy PIC 범퍼 빔이 변형량 및 최대파손지수 특성에서 다른 범퍼 빔보다 우수한 특성을 보임을 확인하였다.
둘째,상,하부로 구분된 적층순서의 복합구조를 가진 빔 형상의 3점 굽힘 해석이 진행되었으며 단일 적층순서로 이루어진 빔 형상보다 더 우수한 굽힘 특성을 보임을 확인하였다. 선행적으로 이루어진 결과를 토대로 IIHS 범퍼 충돌 해석을 진행한 결과, Kevlar49/Epoxy PIC 범퍼 빔이 변형량 및 최대파손지수 특성에서 다른 범퍼 빔보다 우수한 특성을 보임을 확인하였다. 하지만 파손지수가 1을 초과하므로 향후,파손지수의 최소화를 위해 두께 최적화가 필요하다.
IIHS 범퍼 충돌 해석에 앞서 선행적으로 두 가지 연구가 진행되었다. 첫째, 규격에 의거하여 5가지 복합재료 적층순서의 인장 및 압축해석이 진행되었으며 인장특성이 지배적인 적층순서는 , 압축특성이 지배적인 적층순서는 로 나타남을 확인하였다. 둘째,상,하부로 구분된 적층순서의 복합구조를 가진 빔 형상의 3점 굽힘 해석이 진행되었으며 단일 적층순서로 이루어진 빔 형상보다 더 우수한 굽힘 특성을 보임을 확인하였다.
후속연구
하지만 파손지수가 1을 초과하므로 향후,파손지수의 최소화를 위해 두께 최적화가 필요하다. 또한,현재는 범퍼빔의 결정된 5개 구간내에서 3축 특성값을 계산하였으나, 자동으로 구간을 결정할 수 있는 방법이 요구될 것으로 사료되고 있다.
선행적으로 이루어진 결과를 토대로 IIHS 범퍼 충돌 해석을 진행한 결과, Kevlar49/Epoxy PIC 범퍼 빔이 변형량 및 최대파손지수 특성에서 다른 범퍼 빔보다 우수한 특성을 보임을 확인하였다. 하지만 파손지수가 1을 초과하므로 향후,파손지수의 최소화를 위해 두께 최적화가 필요하다. 또한,현재는 범퍼빔의 결정된 5개 구간내에서 3축 특성값을 계산하였으나, 자동으로 구간을 결정할 수 있는 방법이 요구될 것으로 사료되고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자동차 범퍼 빔의 역할은 무엇인가?
자동차 범퍼 빔은 알려진 바와 같이 외부 충격으로 부터 승객과 차량을 일차적으로 보호하는 역할을 한다. 또한 범퍼 빔은 프런트 사이드 멤버, 크로스 멤버 및 펜더 에이프런과 같은 다른 자동차 구조물과 함께 외부 충돌 에너지를 흡수하도록 설계되고 있다.
차량구조 구축에서 기존의 재료보다는 새로운 특성과 물성을 갖는 재질이 주목받는 이유는 무엇인가?
최근 차량구조는 경량화를 통하여, 연비를 늘리거나 전기자동차용 신 플랫폼으로 설계되는 방향으로 진행되고 있다. 이에 따라 기존의 재료보다는 새로운 특성과 물성을 갖는 재질이 주목을 받고 있다.
최근 차량구조의 특징은 무엇인가?
최근 차량구조는 경량화를 통하여, 연비를 늘리거나 전기자동차용 신 플랫폼으로 설계되는 방향으로 진행되고 있다. 이에 따라 기존의 재료보다는 새로운 특성과 물성을 갖는 재질이 주목을 받고 있다.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.