[논문]중형 자동차의 배기매니폴드 형상에 따른 내구성에 관한 융합 연구

최계광; 조재웅

doi:10.15207/jkcs.2021.12.1.199

초록
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본 연구에서는 엔진 배기 매니폴드 두 가지 모델의 형상을 설계하고 이 모델들에 대한 구조 해석 및 고유진동수 해석을 통하여 강도 및 내구성을 해석하였다. 구조 해석의 결과로서 Model B의 응력과 변형량이 Model A의 최대의 응력과 변형량보다 각각 9배 및 39배 이상으로 상당히 더 크기 때문에 Model A의 강도가 Model B보다 훨씬 더 양호하다고 볼 수 있다. 또한 Model A의 최대 진동수가 Model B의 고유 진동수보다 더 크고 그 최대 변형량은 Model A가 Model B보다 작기 때문에 Model A의 내구성이 Model B보다 더 양호하다는 것을 확인할 수 있다. 본 연구 결과를 이용하면 실제 실험을 하지 않아도 중형 자동차의 배기매니폴드 형상에 따른 내구성을 조사할 수 있다. 또한 소형 자동차의 머플러의 미적인 융합 설계에 도움이 될 수 있다고 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the configurations of the two engine exhaust manifolds were designed. And the strengths and durabilities were analyzed through the structural analysis and natural frequency analyses of these models. As the result of structural analysis, the strength of model A is much better than that...

In this study, the configurations of the two engine exhaust manifolds were designed. And the strengths and durabilities were analyzed through the structural analysis and natural frequency analyses of these models. As the result of structural analysis, the strength of model A is much better than that of model B because the maximum stress and deformation of model B are considerably greater than those of model A by more than 9 and 39 times, respectively. It can also be confirmed that model A has the durability better than model B because the maximum frequency of model A is greater than the natural frequency of model B and its maximum deformation is smaller than model B. The result of this study can be used to investigate the durability due to the exhaust manifold shape of medium-sized car without actual test. It also seems to be helpful in the aesthetic convergent design of small car muffler.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Fixed support conditions
그림 Fig. 2. Pressure conditions
표 Table 1. Material property
그림 Fig. 3. Equivalent stresses at structural analysis
그림 Fig. 4. Total deformations at structural analysis
그림 Fig. 5. Total deformations at natural frequencies of model A
그림 Fig. 6. Total deformations at natural frequencies of model B

AI 본문요약
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제안 방법

고유진동수를 구하기 위하여 구조 해석과 같은 구속조건으로 하여 Model A와 B에 대하여 3차까지의 고유진동수 해석을 하였다. 각 모드에서의 진동수와 변형량을 Model A와 B에 대하여 각각 Fig.
본 연구에서는 구조해석을 통하여 각 모델들의 변형량을 확인하였다 [1-5]. 구조 강도가 좋은 것은 어느 모델인지, 그리고 고유 진동수 해석을 통하여 내구성이 좋은 모델을 파악하고 등가 응력과 전변형량이 어떻게 나타나는지를 분석하였다[6-10]. 또한 본 연구에서의 결과는 배기 매니폴드를 설계하는 데에 도움이 될 것으로 사료가 된다[11-15].
배기 간섭을 예방하기 위해 배기 매니폴드를 길게 하거나 배기관의 각도를 조절하는 방법, 실린더의 배기 순서에 따른 배기관의 길이를 다양하게 하고 연소실을 그룹으로 나누어 배기관을 모으는 형태를 가지기도 하는 등 여러 방법들로 연구되어지고 있다. 본 연구에서는 구조해석을 통하여 각 모델들의 변형량을 확인하였다 [1-5]. 구조 강도가 좋은 것은 어느 모델인지, 그리고 고유 진동수 해석을 통하여 내구성이 좋은 모델을 파악하고 등가 응력과 전변형량이 어떻게 나타나는지를 분석하였다[6-10].
본 연구에서는 중형차 엔진과 연결되어 사용되는 2가지 Type의 엔진 배기 매니폴드를 CATIA 설계 프로그램으로 설계의 형상들은 Fig. 1과 같다. 또한 ANSYS 해석 프로그램을 사용하여 구조 및 고유 진동수해석을 하였다.
본 연구에서는 엔진 배기 매니폴드 두 가지 모델의 형상을 설계하고 이 모델들에 대한 구조 해석 및 고유 진동수 해석을 통하여 강도 및 내구성을 평가하였다. 이에 대한 연구 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

또한 ANSYS 해석 프로그램을 사용하여 구조 및 고유 진동수해석을 하였다. 해석을 위한 Model A의 메시는 절점수와 요소수가 각각 30360개, 14913개이다. Model B의 메시는 정점 수와 요소수가 각각 30830개, 14904개이다.

데이터처리

1과 같다. 또한 ANSYS 해석 프로그램을 사용하여 구조 및 고유 진동수해석을 하였다. 해석을 위한 Model A의 메시는 절점수와 요소수가 각각 30360개, 14913개이다.

성능/효과

1. 구조 해석의 결과로서 Model B의 응력과 변형량이 Model A의 응력과 변형량보다 각각 9배 및 39 배이상으로 상당히 더 크기 때문에 Model A의 강도가 Model B보다 훨씬 더 양호하다고 볼 수 있다.
2. Model A의 최대 진동수가 Model B의 고유 진동수보다 더 크고 그 최대 변형량은 Model A가 Model B보다 작기 때문에 Model A의 내구성이 Model B보다 더 양호하다는 것을 확인할 수 있다.
따라서 Model A의 최대 진동수가 Model B의 고유진동수보다 더 크고 그 최대 변형량은 Model A가 Model B보다 작기 때문에 Model A의 내구성이 Model B보다 더 양호하다는 것을 확인할 수 있다.
24mm 임을 나타낸다. 따라서 이러한 구조 해석의 결과로서 Model B의 응력과 변형량이 Model A의 응력과 변형량보다 각각 9배 및 39배이상으로 상당히 더 크기 때문에 Model A의 강도가 Model B보다 훨씬 더 양호하다고 볼 수 있다.
또한 본 연구에서의 결과는 배기 매니폴드를 설계하는 데에 도움이 될 것으로 사료가 된다[11-15]. 본 연구에서의 해석 결과를 활용하면 실제로 중형 자동차의 배기매니폴드 형상에 따른 내구성 시험을 하지 않고서도 그 유동을 조사할 수 있다고 보인다. 그리고 본연구의 결과는 중형 자동차의 배기매니폴드의 미적 융합설계에 도움이 될 수 있다고 보인다[4-9].

후속연구

3. 구조 강도를 해석한 본 연구결과를 통하여 내구성이 있는 배기 매니폴드를 효율적으로 설계하는데 도움이 될 것으로 사료가 된다. 그리고 본 연구의결과는 중형 자동차의 배기매니폴드의 미적 융합설계에 도움이 될 수 있다고 보인다.
구조 강도를 해석한 본 연구결과를 통하여 내구성이 있는 배기 매니폴드를 효율적으로 설계하는데 도움이 될 것으로 사료가 된다. 그리고 본 연구의결과는 중형 자동차의 배기매니폴드의 미적 융합설계에 도움이 될 수 있다고 보인다.
본 연구에서의 해석 결과를 활용하면 실제로 중형 자동차의 배기매니폴드 형상에 따른 내구성 시험을 하지 않고서도 그 유동을 조사할 수 있다고 보인다. 그리고 본연구의 결과는 중형 자동차의 배기매니폴드의 미적 융합설계에 도움이 될 수 있다고 보인다[4-9].
구조 강도가 좋은 것은 어느 모델인지, 그리고 고유 진동수 해석을 통하여 내구성이 좋은 모델을 파악하고 등가 응력과 전변형량이 어떻게 나타나는지를 분석하였다[6-10]. 또한 본 연구에서의 결과는 배기 매니폴드를 설계하는 데에 도움이 될 것으로 사료가 된다[11-15]. 본 연구에서의 해석 결과를 활용하면 실제로 중형 자동차의 배기매니폴드 형상에 따른 내구성 시험을 하지 않고서도 그 유동을 조사할 수 있다고 보인다.

참고문헌 (15)

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