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충돌해석을 이용한 전기자동차 복합소재 프레임 설계에 관한 연구
A Study on Composite Materials Frame of Electric Vehicles using Impact Analysis 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.19 no.2, 2020년, pp.75 - 80  

안태경 (목포대학교 기계공학과) ,  이영진 (목포대학교 기계공학과) ,  이상찬 (목포대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, we designed car frames for collision analysis using carbon fiber reinforced polymer (CFRP) as the lighter composite material. The impact conditions were 100 percent frontal impact, 40 percent frontal impact, and 90 degrees side impact. The impact analysis measured the maximum stress a...

주제어

#탄소 섬유 강화 플라스틱   #복합 소재   #충돌해석   #차량 프레임  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 전기 자동차 경량화에 필수적인 소재를 이용한 프레임의 충돌해석을 수행하고 결합되는 부품들의 간섭을 고려하여 지지대를 설계하였을 때의 충돌 최대응력을 측정하였다. 충돌해석 결과와 대부분의 실험에서 지지대를 설계하지 않은 프레임의 최대응력보다 지지대를 추가한 프레임의 최대응력이 Case 1에서 약 4%, Case 2에서 약 12~15%, Case 3의 20km/h에서 약 50%, 40km/h에서 약 13% 감소하였다.
  • 본 연구에서는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP :Carbon Fiber Reinforced Plastic) 소재를 바탕으로 유한요소프로그램을 이용한 충돌해석을 진행했다.충돌해석은 충돌 속도 방향 범위 등을 설정하여 진행하였으며 1차 해석결과에서 취약부를 확인하고, 응력 분산을 위한 지지대를 추가로 설계하여 2차 해석을 진행, 1차 해석결과와 2차 해석결과를 비교하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
중탄소섬유 복합소재의 특징 및 이용 분야는? 자동차 경량화를 위한 소재는 비철금속(Al, Mg) 고강성 플라스틱 복합 소재로 종류 및 수요가 확대될 것이며, 플라스틱 소재의 기능성에 따른 다양한 소재 개발과 공정에 대한 비용절감이 큰 비중을 차지하고 있다. 그 중탄소섬유 복합소재는 뛰어난 성형성과 고온에서의 높은 강도를 조합하여 설계한 고기능성 재료로 항공기 우주 왕복선 및 구조재 등에, 핵심 재료로 이용되고 있다. 일반적으로 탄소섬유 복합소재는 보강재로 수지 세라믹 금속 등을 모재로 사용하며, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP : Carbon FiberReinforced Plastic), 탄소섬유강화세라믹(CFRC :Carbon Fiber Reinforced Ceramic), 탄소섬유강화금속(CFRM : Carbon Fiber Reinforced Metal) 등이있다.
환경규제에 따른 경쟁력 향상을 위한 새로운 기술개발이 자동차 산업에서 절실히 요구되는 이유는 무엇인가? 국제 환경 규제 강화 대기오염과 에너지 자원의 가격 상승으로 자동차 소재 및 부품 개발 동기도 단순한 연비 향상뿐만 아니라 환경규제에 따른 경쟁력 향상을 위한 새로운 기술개발이 자동차 산업에서 절실히 요구된다. 자동차 경량화를 위한 소재는 비철금속(Al, Mg) 고강성 플라스틱 복합 소재로 종류 및 수요가 확대될 것이며, 플라스틱 소재의 기능성에 따른 다양한 소재 개발과 공정에 대한 비용절감이 큰 비중을 차지하고 있다.
탄소섬유가 철을 대체할 수 있는 가장 이상적인 소재인 이유는 무엇인가? 따라서 철을 대체할 수 있는 가장 이상적인 소재이다. 경량화를 선도하는 재료이기에 10%의 중량이 감소되면 6~7%의 연료가 절감되는 효과가 있어 이산화탄소 저감과 연비개선을 위한 경량화 목적으로 적극 도입되고 있으며 장기적으로 보았을 때,기존 철강 알루미늄 시장을 대체할 것으로 예측되어, 공정에서의 가격경쟁력을 확보했을 때 가장강력한 대체재로 예상된다[1,2].
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참고문헌 (6)

  1. Lee, Y. S., Shin, K. H., Cheong, S. K., Choi, U. J., Kim, Y. K., Park, K. R., & Kim, H. S. "Utilization of Finite Element Analysis in Design and Performance Evaluation of CFRP Bicycle Frames", Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A, Vol. 37, No. 1, pp. 121-127, 2013. 

    원문보기 상세보기 crossref

  2. Won, J. S., Bae, I. J., Jeong, J. W., Cho, W. G., Cho, H. H. and Lee, S. G., "Preparation and Characterization of Carbon Fiber Reinforced Polycarbonate Composite", Textile Science and Engineering, Vol. 54, No. 6, pp. 433-448, 2017. 

  3. Park, K. S., Kong, C. D., Park, H. B., "A Study on Structural Design of Natural Fiber Composites Automobile Body Panel Considering Impact Load", Composites Research, Vol. 28, No. 5, pp. 291-296, 2015. 

    원문보기 상세보기 crossref

  4. Cha, E. H., Jeon, D. J., Han, S. E., “Performance Evaluation and Proposal on Standard Establishment of the Bollard Through Impact Analysis,” Journal of the Korean Association for Spatial Structures, Vol. 16, No. 4, pp. 59-66, 2016. 

  5. Kwon, O. H., Baek, S. R., Yoon, J. K. and Lim, J. H., “A Study on Crash Analysis of Vehicle and Guardrail using a LS-DYNA Program,” The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, Vol. 16, No. 3, pp. 179-186, 2016. 

  6. Cho, J. U., Bang, S. O. and Kim, K. S., “Simulation Analysis on the Impact of Racing Car with Space Frame,” Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 11, No. 7, pp. 2341-2348, 2010. 

    원문보기 상세보기 crossref

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