[논문]PC/ABS 기반 고분자 복합재를 이용한 카오디오 샤시의 진동특성 해석

전성호; 박태홍; 정의일; 김헌모; 서기정; 최우천; 최병호

문제 정의

또한 진동 응답 특성을 향상시키기 위한 설계인자들의 민감도 평가를 위하여 재료의 탄성 계수 및 비중의 변화에 설계된 샤시의 진동응답특성의 변화를 평가하였다. 그리고 이를 통하여 요구된 조건을 만족시키는 모델의 최적의 설계 조건을 제시하였다.
본 연구에서는 위와 같이 다가올 환경규제에 대비한 자동차 에너지 효율 향상 연구의 일환으로 엔지니어링 플라스틱인 PC/ABS 를 기반으로 한 고분자 복합재료[2]의 카오디오 샤시 적용 가능성을 검토하고자 한다. 현재 카오디오 샤시의 재질은 철로 이루어져 있다.
본 연구에서는 앞으로 다가올 환경규제에 대비한 연구 일환으로 카오디오 샤시의 기존 재질인 철을 대신할 가볍고 충분한 기계적 강성을 지니는 PC/ABS 고분자 복합를 적용하였다. 이 재료가 적용된 카오디오와 기본 모델과의 진동응답해석 비교를 적용가능성을 검토하였다. 후보군으로 선택한 2 가지 모델의 진동응답특성을 검토해 본 결과 내부기판을 포함하지 않는 모델 B 의 진동응답특성이 더 안정적이었다.

제안 방법

설계의 적합성 판단은 현재 시장에서 사용되고 있는 모델의 데크 진동응답해석결과를 기준으로 하여 PC/ABS 기반 고분자 복합재료를 바탕으로 새롭게 설계된 모델의 해석 결과와의 비교를 통하여 이루어질 수 있다. 그 방법으로 본 연구에서는 사용 및 적용 가능한 2 가지 후보군의 모델을 설계하였다. 이 두 모델에 대하여 진동 해석을 실시하고 이를 통하여 최적의 적용가능 모델을 선정하였다.
5 G 정도 나왔다. 따라서 이 결과와 실제 현장에서의 경험적인 요소를 참고하여 해석기준을 Z 방향에 대한 0- 100 Hz 의 주파수 범위에서의 최대 가속도 응답은 5 G 이하로 선정하였다.
이 두 모델에 대하여 진동 해석을 실시하고 이를 통하여 최적의 적용가능 모델을 선정하였다. 또한 진동 응답 특성을 향상시키기 위한 설계인자들의 민감도 평가를 위하여 재료의 탄성 계수 및 비중의 변화에 설계된 샤시의 진동응답특성의 변화를 평가하였다. 그리고 이를 통하여 요구된 조건을 만족시키는 모델의 최적의 설계 조건을 제시하였다.
본 연구에서는 앞으로 다가올 환경규제에 대비한 연구 일환으로 카오디오 샤시의 기존 재질인 철을 대신할 가볍고 충분한 기계적 강성을 지니는 PC/ABS 고분자 복합를 적용하였다. 이 재료가 적용된 카오디오와 기본 모델과의 진동응답해석 비교를 적용가능성을 검토하였다.
그 방법으로 본 연구에서는 사용 및 적용 가능한 2 가지 후보군의 모델을 설계하였다. 이 두 모델에 대하여 진동 해석을 실시하고 이를 통하여 최적의 적용가능 모델을 선정하였다. 또한 진동 응답 특성을 향상시키기 위한 설계인자들의 민감도 평가를 위하여 재료의 탄성 계수 및 비중의 변화에 설계된 샤시의 진동응답특성의 변화를 평가하였다.
진동 응답 특성을 향상시키기 위한 민감도 평가로서 대체 재료의 물성치인 인장탄성율 및 비중 변화에 따른 데크의 진동 응답 특성을 평가하였으며 그 결과는 Fig. 4 와 5에 나타내었다. Fig.
해석 조건은 현대 자동차 진동시험 기준을 참고하여 브라켓의 차체에 구속된 점에 10 - 100 Hz 의 sweep 주파수와 0.1 G – 2.5 G 의 가속도를 가하는 것으로 선정하였으며 해석 목적는 CD/DVD 데크의 4 점의 0 - 200 Hz 의 진동모드와 각 진동모드의 가속도를 분석하는 것이다.

대상 데이터

본 연구에서는 기준 모델로서 현재 시장에서 진동 신뢰성 평가를 통과한 2 단 DIN 방식의 카오디오 모델을 선정하였으며 기준 모델의 해석 결과와 디자인은 Table 2 와 Fig. 1 과 같다. 여기서 주로 재설계하여 해석할 부분은 PC/ABS 복합재를 이용한 카오디오의 샤시이다.
본 연구에서는 실제 적용 가능한 2 가지 샤시 모델을 설계하였다. 모델 A 의 경우는 기존의 모델과 유사하게 내부 기판을 통합 설계한 경우이며 모델 B 의 경우는 내부 기판은 분리한 채 순수 외부 샤시만을 설계한 경우이다.

데이터처리

설계의 적합성 판단은 현재 시장에서 사용되고 있는 모델의 데크 진동응답해석결과를 기준으로 하여 PC/ABS 기반 고분자 복합재료를 바탕으로 새롭게 설계된 모델의 해석 결과와의 비교를 통하여 이루어질 수 있다. 그 방법으로 본 연구에서는 사용 및 적용 가능한 2 가지 후보군의 모델을 설계하였다.

성능/효과

4 와 5에 나타내었다. Fig. 4 을 보게 되면 탄성계수인 E 가 증가함에 따라 64 점을 제외하고 대체적으로 최대 가속도의 주파수가 증가하는 것을 알 수 있었으며, 특히 인장탄성률이 1.6 GPa 이상이 되면 최대 가속도 주파수는 100 Hz 이상이 됨을 알 수 있었다. Fig.
여기서 1차 모드의 진동수는 모델 B 가 좀 더 높은 값을 나타냈으며 최대 가속도 응답은 모델 A 가 작은 값을 가졌다. 따라서, 1 차 모드 주파수와 최대 가속도 값을 판단해 본 결과 모델 B 가 안정적이라고 판단되었다.
또한 비중의 변화는 최대 가속도 주파수의 변화에 큰 영향을 주지 않았으며 Fig. 5 와 같이 최대 가속도 값의 변화에도 큰 영향을 미치지 않은 것으로 판단되었다. 따라서 2 차 모델이 원하는 진동응답조건을 만족시키기 위한 방법의 하나로 재료의 인장탄성률인 E 값을 증가시키는 것이라 판단된다.
후보군으로 선택한 2 가지 모델의 진동응답특성을 검토해 본 결과 내부기판을 포함하지 않는 모델 B 의 진동응답특성이 더 안정적이었다. 또한 여기의 진동응답특성을 향상시키기 위한 방안으로 재료의 탄성계수인 E 를 증가시키는 것이 가능함을 민감도 평가 결과를 통해 알 수 있었다.
이 재료가 적용된 카오디오와 기본 모델과의 진동응답해석 비교를 적용가능성을 검토하였다. 후보군으로 선택한 2 가지 모델의 진동응답특성을 검토해 본 결과 내부기판을 포함하지 않는 모델 B 의 진동응답특성이 더 안정적이었다. 또한 여기의 진동응답특성을 향상시키기 위한 방안으로 재료의 탄성계수인 E 를 증가시키는 것이 가능함을 민감도 평가 결과를 통해 알 수 있었다.

후속연구

현재 카오디오 샤시의 재질은 철로 이루어져 있다. 만약 이 재질을 엔지니어링 플라스틱으로 대체할 시 괄목할 만한 무게 경량과 함께 에너지 효율 향상에 기여할 것으로 판단된다.

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