[논문]자동차엔진용 고압연료 공급 파이프의 고유진동수 해석 및 진동시험

손인수; 허상범; 안성진

doi:10.21289/ksic.2021.24.4.475

자동차엔진용 고압연료 공급 파이프의 고유진동수 해석 및 진동시험
Natural Frequency Analysis and Modal Test of Fuel Pipe for Vehicle Engine 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.24 no.4/2, 2021년, pp.475 - 480

손인수 (동의대학교 기계자동차로봇부품공학부) , 허상범 (피에이치에이(주)) , 안성진 (피에이치에이(주))

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to obtain the natural frequency of fuel supply pipes for vehicle engines through modal analysis and testing and compare the resulting values to ensure the reliability of the analysis. In other words, in this study, we obtain the unique frequency of the fuel pipe of the vehicle engine through analysis and testing and compare its results. Comparing the natural frequency obtained through analysis and testing, the first and third vibration modes obtained accurate natural frequency results of less than 1% and very similar results of less than 5% maximum error over the fourth vibration modes. These results are determined that if design changes of fuel pipes are made depending on the vehicle in the future, there will be no problem in obtaining the natural frequency of pipes that have been changed by analysis. Through future analysis and testing, durability and stability evaluation of connections of fuel supply pipes for vehicle engines will be carried out.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1 Analysis model
그림 Fig. 2 Analysis 3D model
그림 Fig. 3 FE modeling for analysis
그림 Fig. 4 Natural frequency of pipe for analysis
그림 Fig. 5 Analysis result(vibration mode shape)
표 Table 1. Material property
그림 Fig. 6 Test setup and excitation direction
그림 Fig. 7 Sensor position for modal test
표 Table 2. Test equipment specifications
그림 Fig. 8 Analysis result(vibration mode shape)
그림 Fig. 9 Test results for z and x direction excitation
표 Table 3. Modal test results

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구의 목적은 유한요소를 이용한 모달해석 (modal analysis)과 시험을 통하여 연료공급 파이프의 고유진동수를 구하고 그 결과 값을 비교하여 해석의 신뢰성을 확보하는 것이다. 따라서 시험 및 해석에 있어 실제 차량의 주행 환경보다는 고정된 시험환경에서 고유진동수 파악을 수행하였다.
따라서 시험 및 해석에 있어 실제 차량의 주행 환경보다는 고정된 시험환경에서 고유진동수 파악을 수행하였다. 즉, 향후 개발 차량에 따라 연료공급 파이프의 설계변경이 이루어지는 경우 시험이 아닌 해석을 통하여 연료공급 파이프의 고유 진동특성을 예측하기 위한 것이다.

가설 설정

2의 모델을 통하여 쉽게 예측할 수 있는 것처럼 고유 진동수는 서로 쌍으로 나타나며 진동모드가 클수록 두 값의 차이가 조금씩 커지는 경향을 보이고 있으나 그 차이는 무시할 만한 크기라고 판단된다. 이후 진동시험을 통하여 얻은 결과와 비교를 위해 서 각 쌍의 고유진동수를 하나의 진동모드라고 가정하였으며, 두 값의 평균값을 이용하였다. 즉, 1 차 모드(해석결과 1, 2차 모드) 고유진동수는 약 334.

제안 방법

이 연구의 목적은 유한요소를 이용한 모달해석 (modal analysis)과 시험을 통하여 연료공급 파이프의 고유진동수를 구하고 그 결과 값을 비교하여 해석의 신뢰성을 확보하는 것이다. 따라서 시험 및 해석에 있어 실제 차량의 주행 환경보다는 고정된 시험환경에서 고유진동수 파악을 수행하였다. 즉, 향후 개발 차량에 따라 연료공급 파이프의 설계변경이 이루어지는 경우 시험이 아닌 해석을 통하여 연료공급 파이프의 고유 진동특성을 예측하기 위한 것이다.
앞에서 해석을 통하여 얻은 연료공급 파이프의 고유진동수의 신뢰성을 확보하기 위하여 진동시험을 수행하였다. 진동시험에 있어 가진 장비는 FAMTECH사의 EDS16000LS 및 TBT 1200M, 600M 모델을 사용하였으며, 가속도계는 Dytran (3035B1G, 3023A)을 사용하였다.
이 연구에서는 차량엔진의 연료공급 파이프의 고유진동수를 해석 및 시험을 통하여 구하고 그 결과를 비교하였다. 해석으로 구한 파이프의 고유 진동수와 시험을 통하여 얻은 고유진동수는 5 % 미만의 오차를 가지며 매우 신뢰성이 높다는 것을 알 수 있었다.

대상 데이터

Fig. 7은 가속도 센서의 부착위치를 나타낸 것으로 펌프측, 파이프, 브라켓축과 브라켓, 그리고 레일 측에 각각 5개의 센서를 부착하였으며 총 10 개의 가속도 센서를 사용하여 데이터를 획득하였다.
앞에서 해석을 통하여 얻은 연료공급 파이프의 고유진동수의 신뢰성을 확보하기 위하여 진동시험을 수행하였다. 진동시험에 있어 가진 장비는 FAMTECH사의 EDS16000LS 및 TBT 1200M, 600M 모델을 사용하였으며, 가속도계는 Dytran (3035B1G, 3023A)을 사용하였다.
3은 연료공급 파이프의 유한요소 모델을 나타내고 있다. 해석을 위한 노드수는 378,171개, 요소수는 171,979개로 하여 해석을 수행하였다.

이론/모형

이 장에서는 유한요소해석 상용프로그램인 Ansys WB(2019)를 이용하여 Fig. 2에 보인 연료 공급용 파이프의 모달해석을 수행하고자 한다.

성능/효과

해석 및 시험을 통하여 얻은 파이프의 고유진동수를 비교한 결과 1, 3차 진동 모드는 1% 미만의 매우 정확한 고유진동수 결과를 얻었으며, 4차 모드에 걸쳐 최대 오차 5% 미만의 매우 유사한 결과를 얻을 수 있었다.
이 연구에서는 차량엔진의 연료공급 파이프의 고유진동수를 해석 및 시험을 통하여 구하고 그 결과를 비교하였다. 해석으로 구한 파이프의 고유 진동수와 시험을 통하여 얻은 고유진동수는 5 % 미만의 오차를 가지며 매우 신뢰성이 높다는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 향후 차량에 따라 연료공급 파이프의 설계변경이 이루어지는 경우 해석으로 설계변경된 파이프의 고유진동수를 획득하여도 문제가 없을 것이라 판단된다.

후속연구

해석으로 구한 파이프의 고유 진동수와 시험을 통하여 얻은 고유진동수는 5 % 미만의 오차를 가지며 매우 신뢰성이 높다는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 향후 차량에 따라 연료공급 파이프의 설계변경이 이루어지는 경우 해석으로 설계변경된 파이프의 고유진동수를 획득하여도 문제가 없을 것이라 판단된다.
향후 해석 및 시험을 통하여 차량엔진용 연료 공급 파이프의 연결부 파단 또는 파괴에 대한 내구성 및 안정성 평가를 수행할 예정이다.

참고문헌 (5)

Kwon, J. Kim, C. Kang, T, Sa, J. and Kang, T., "A Study on the Characteristics of Vibration in Fuel Pump System", Proceeding of KSNVE Conference, pp. 494-500, (2007).
Kim, B. J., Won, H. I., Lee, S. W., Park, S. J. and Chung, J., "A Study on the Vibration Reduction of an Automobile Fuel Pump", Transactions of the KSNVE, Vol. 23, No. 6, pp. 520-526, (2013).

원문보기 상세보기
Jung, J. W., Kim, B. S. and Cheon, J. U., "Development of Tube Winding System for Vehicle Fuel Supply", Proceeding of KSPE Conference, pp. 407-408, (2012).
Lee, S. I., Lee, S. W. and Park, S. Y., "Study on the Performance Characteristics for the Gasoline Engine of Hybrid Automotive", Proceeding of KAIS Conference, pp. 539-542, (2009).
Son, I. S. and Kim, M. S., "Analysis of Vibration Characteristics of Fuel Pipe and Test Jig for Vehicle", Journal of Korean Society of Industry Convergence, Vol. 24, No. 3, pp. 315-322, (2021).

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