[논문]차종별 차량 옆문의 충돌 해석에 관한 융합 연구

오범석; 조재웅

doi:10.15207/jkcs.2020.11.4.173

초록
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본 연구에서는 현재 전복 사고가 자주 발생하는 Model A와 Model B의 중형 세단 차량들의 사이드 도어들을 구조 해석으로 서로 비교한다. 구조해석 결과, 두 모델 모두 전복 사고나 충격 시 하중이 작용되는 부분에서 최대 변형이 일어났고 2개의 모델 중 Model A가 Model B와 비교하면 충격력을 더 견딜 수 있다. 또한 도어의 모서리 부분에서 최대 응력이 일어났고 Model B가 Model A보다 2.5 배 더 응력이 커진다. 충돌 사고가 일어날 시, 2개의 모델 중 그 최대 응력이 작은 Model A가 Model B와 비교하면 더 큰 충격력을 견딜 수 있다. Model B가 Model A보다 더 큰 변형량을 갖는 것으로 보아 측면 충돌 사고에서는 Model A보다 위험할 것으로 사료된다. 차종별 차량 옆문의 충돌해석을 적용함으로서 본 논문에서의 연구 결과는 미적인 설계를 적용할 수 있는 융합 연구자료로서 유리하다고 여겨진다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the side doors of mid-size sedan vehicles of models A and B which are currently prone to rollover accidents are compared with each other by the structural analyses. As a result of the structural analysis, both models showed the maximum deformation at the point of overturning or impact...

In this study, the side doors of mid-size sedan vehicles of models A and B which are currently prone to rollover accidents are compared with each other by the structural analyses. As a result of the structural analysis, both models showed the maximum deformation at the point of overturning or impact load, and the model A of the two models was able to withstand greater impact load compared to the model B. In addition, the maximum stress happened at the door edge, and model B was 2.5 times more stressed than model A. In the accident of a crash, model A, which has the smaller maximum stress, is able to withstand greater impact loads than model B. Since model B has a larger deformation than model A, it is considered to be more dangerous than model A in the side impact accident. By applying the impact analysis of automotive side door by the class of vehicle, the study result at this paper is considered to be favorable as the convergent research material which can apply the aesthetic design.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Meshes of side doors
표 Table 1. Material property
표 Table 2. Informations of meshes at models
그림 Fig. 2. Fixed support conditions of models
그림 Fig. 3. Force conditions of models A and B
그림 Fig. 4. Structural analysis in case of model A
그림 Fig. 5. Structural analysis in case of model B

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 측면 충돌의 경우는 차량의 정면 및 후면 부위에 비하면 그 충격의 흡수 정도가 적은 편이고 차체가 전복시에는 자동차 측면에서의 도어 등을 강화하여 승차자들의 안전에 대하여 보완 및 개발을 할 여지가 보이며 이에 대한 많은 연구가 있다[1-5]. 본 연구에서는 최근 박스형 차량의 공도 주행에서 코너링 시 전복 사고가 많은 것을 바탕으로 국산 박스형 차량인 Model A와 일반적으로 많이 이용하고 있는 Model B의 Side door를 전복 사고나 충격력을 받았을 때의 구조 해석을 하였다[6-9]. 측면충돌이 일어났을 때를 각각 비교함으로서 전복 사고가 일어났을 때 그 응력과 변형량으로서 강성이 있는 도어를 조사한다.

가설 설정

자동차의 도어가 닫혀있다는 가정하에, 도어의 바깥면에서 96605N의 충격력을 가하였다. 이 충격력은 다음 과 같이 산출된다.

제안 방법

54mm이다. 본 연구 모델은 측면 충돌을 받는 차량의 실제 사이드 도어에 비하여 18배로 축소하여 설계하고 해석을 진행하였다. 실제적인 사이드 도어의 설계 모델의 크기로는 해석시에 요소와 절점 개수가 많아져 컴퓨터 해석 시간이 많이 소요되어서 효율적으로 모델을 작게 축소하여 구조 해석을 하였다.
자동차가 측면충돌이 일어났을 때를 각각 비교함으로서 전복 사고가 일어났을 때 그 응력과 변형량으로서 강성이 있는 도어를 해석하여 고찰한 연구 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 최근 박스형 차량의 공도 주행에서 코너링 시 전복 사고가 많은 것을 바탕으로 국산 박스형 차량인 Model A와 일반적으로 많이 이용하고 있는 Model B의 Side door를 전복 사고나 충격력을 받았을 때의 구조 해석을 하였다[6-9]. 측면충돌이 일어났을 때를 각각 비교함으로서 전복 사고가 일어났을 때 그 응력과 변형량으로서 강성이 있는 도어를 조사한다. 또한 이 해석을 통하여 차량의 종류에 따라 어떤 형상의 내구성이 충격 흡수에 좋은 사이드 도어를 설계할 수 있을 것으로 사료된다[10-12].

대상 데이터

1은 Model A와 B의 형상들에 대한 Mesh 들이다. 본 연구 모델은 구조용 강이고 Table 1과 같이 그 물성치가 되어 있다. Model A와 Model B의 절점수와 요소수는 Table 2와 같다.
자동차 사이드 도어로서의 Model A와 B로 본연구에서는 설계하였으며, Model A는 가로 60.402mm, 세로 75.078mm, 높이 8.22mm이고 Model B는 가로 68.153mm, 세로 60.22mm 높이 9.54mm이다. 본 연구 모델은 측면 충돌을 받는 차량의 실제 사이드 도어에 비하여 18배로 축소하여 설계하고 해석을 진행하였다.

성능/효과

1) 구조해석 결과, 두 모델 모두 전복 사고나 충격시 하중이 작용되는 부분에서 최대 변형이 일어났고 Model A는 약 0.06mm, Model B는 약 0.3mm의 변형을 보이고 있어 Model B가 Model A보다 더 변형된다. 측면에서 충돌 사고가 일어날 시, 2개 의 모델 중 Model A가 Model B와 비교하면 충격력을 더 크게 견딜 수 있다.
2) 두 모델 모두 전복 사고나 충격시 도어의 모서리 부분에서 최대 응력이 일어났고 Model A는 약 387.26 MPa, Model B는 약 1004.9 MPa을 보이고 있어 Model B가 Model A보다 2.5 배 더 응력이 커진다. 충돌 사고가 일어날 시, 2개의 모델 중 그 최대 응력이 작은 Model A가 Model B와 비교하면 더 큰 충격력을 견딜 수 있다.
3) 종합적으로 연구 결과를 보면, 전복 사고나 측면 충돌 사고 시 Model B가 Model A보다 변형량을 더 크게 갖는 것으로 보아 측면 충돌 사고에서는 Model A보다 위험할 것으로 사료된다.
구조해석 결과, 같은 힘을 받았을 때 Model B가 5배 가량 더 변형이 일어 난다. 두 모델 다 파단이 되는 것으로 확인되나 Model A가 더 큰 힘에 견디는 것으로 확인되었다. 그리고 최대 등가응력 역시 Model B가 Model A에 비하여 크고, Model A 와 B는 힘이 작용되는 부위에서 최대의 등가응력이 생겨 변형의 가능성이 많다.
또한 이 해석을 통하여 차량의 종류에 따라 어떤 형상의 내구성이 충격 흡수에 좋은 사이드 도어를 설계할 수 있을 것으로 사료된다[10-12]. 본 논문에서의 연구 결과는 차종별 차량 옆문의 충돌을 하지 않고서도 차종별 차량 옆문의 충돌 해석에 대한 결과를 예상할 수 있어 실제적인 차종별 차량 옆문의 설계에 유용하게 적용할 수 있다. 또한 본 연구 결과는 미적인 설계를 적용할 수 있는 융합 연구 자료로서 유리하다고 보인다[13-16].

후속연구

또한 본 연구 결과는 미적인 설계를 적용할 수 있는 융합 연구자료로서 유리하다고 보인다.
측면충돌이 일어났을 때를 각각 비교함으로서 전복 사고가 일어났을 때 그 응력과 변형량으로서 강성이 있는 도어를 조사한다. 또한 이 해석을 통하여 차량의 종류에 따라 어떤 형상의 내구성이 충격 흡수에 좋은 사이드 도어를 설계할 수 있을 것으로 사료된다[10-12]. 본 논문에서의 연구 결과는 차종별 차량 옆문의 충돌을 하지 않고서도 차종별 차량 옆문의 충돌 해석에 대한 결과를 예상할 수 있어 실제적인 차종별 차량 옆문의 설계에 유용하게 적용할 수 있다.

참고문헌 (16)

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