초록 ▼

자동차 구조의 설계, 해석 및 제작은 관련된 기초 공학분야의 연구가 체계적으로 종합화되어야 그 연구 효과가 나타나게 되며, 국내 자동차 공업의 성패가 달려 있는 신차종 개발 소요시간의 단축도 가능하게 된다. 이러한 자동차 구조의 설계기법 확립을 위하여, 관련된 7개 핵심분야의 기초 연구를 긴밀한 협조아래 수행하였다. 즉, 구조해석, CAD, 기계역학, 기계설계, 기구학, 정밀가공, 소성가공 분야의 연구원들이 각 분야의 해석 및 실험 연구를 수행하고 이를 체계화하여 자동차 설계에 적용할 수 있는 기초를 확립하였다.
제 1 세

자동차 구조의 설계, 해석 및 제작은 관련된 기초 공학분야의 연구가 체계적으로 종합화되어야 그 연구 효과가 나타나게 되며, 국내 자동차 공업의 성패가 달려 있는 신차종 개발 소요시간의 단축도 가능하게 된다. 이러한 자동차 구조의 설계기법 확립을 위하여, 관련된 7개 핵심분야의 기초 연구를 긴밀한 협조아래 수행하였다. 즉, 구조해석, CAD, 기계역학, 기계설계, 기구학, 정밀가공, 소성가공 분야의 연구원들이 각 분야의 해석 및 실험 연구를 수행하고 이를 체계화하여 자동차 설계에 적용할 수 있는 기초를 확립하였다.
제 1 세부과제인 "자동차 구조의 유한요소해석" 연구에 있어서는 유한요소해석 기법을 자동차구조에 적용하여 구조물 각 부위에 걸리는 응력과 변형의 해석 방법을 확립하고, 이를 적용하여 자동차구조의 유한요소해석에 관한 기초연구를 수행하였다. 이때 사용하는 평판 및 보요소에서 그 두께가 얇아지면서 필연적으로 나타나는 강성과 잉현상을 제거하여 안정성있고 신뢰성있는 요소를 개발하여 해석에 사용하도록 하였다.
제 2 세부과제인 "자동차 차체 외형의 전산기 이용 설계 " 연구에 있어서는 자동차 디자인너가 스케치한 2차원 테이프드로잉으로부터 최소한의 사용자 입력의 도움을 받아 차체의 3 차원 외형곡면을 형성시키는 전산기 이용설계 시스템을 개발하였다. 제 3 차년도의 연구로서 곡면의 불규칙한 특성을 가시화하고 곡면을 부드럽게 만들어 주기위한 연구를 수행하고 프로그램화 하였으며, 실제 자동차 외형곡면의 형상정보에 대한 데이타 베이스를 구축하는 문제에 대한 연구를 수행하였다.
제 3 세부과제인 "자동차의 진동 및 음향 해석" 연구에 있어서는 차실소음 저감을 위한 연구의 일환으로 Dewell 의 구조음향 완전연성 해석의 이론적인 고찰과 함께 간단한 모델에 대해 해석해를 구하고자 하였다. 특히, 음향구조 연성계의 연성의 의미를 파악하기 위해 1차원 튜브와 3차원 박스에 대하여 유한 요소법을 이용한 음향 고유모드 해석과 구조 진동 고유모드 해석을 수행하였고 그 결과를 해석해와 비교하였다. 또한 완전 연성 이론식을 이용하여 구한 해석해를 상용 프로그램 (SYSNOISE)에서 수행한 연성해석 결과와 비교 검토하였다. 승차감 해석을 위해 다물체 동적 해석 프로그램용 승용차 모델을 생성하였으며, 실차를 이용한 실험 결과와 불쾌감 측면에서 비교하였다. 그리고 승차감 개선을 위한 현가계 특성치 파라메타를 선정하고 3차원 선형모델을 이용하여 타라메타 변화에 따른 불쾌감 추이를 해석하였다.
제 4세부과제인 " 충돌시의 자동차 변형 해석에 관한 기초 연구" 에 있어서는, 1차년도 연구 과제를 승용차 충돌시에 중요한 역할을 하는 측면부재 (side member)를 보요소와 집중질량으로 모델링하고 이를 해석하였으며, 이 결과를 이용하여 측면부재단면의 최적화를 시도하였다. 2처년도 연구과제로는 실제 승용차를 모델링할 수 있는 셀 (shell) 요소를 이용하여 충돌하중을 받는 측면부재를 모델링하고 해석을 수행하였다. 금번, 3차년도 연구에서는 2차년도에 해석한 사각단면 직선보의 실험 모델을 제작하고, 이 실험 모델에 준 정적하중을 가하는 실험을 하여 결과를 비교하였다. 또한, 각종 측면 부재 모델에 대하여 계산을 수행하고, 측면부재의 충돌 특성에 영향을 주는 인자를 도출하기 위하여 설계 변구들을 변화시켜 계산을 수행하였다.
제 5세부과제인 "자동차 차체 구조의 동적 거동해석" 에 있어서는 차량의 동적 성능 평가의 기초가 되는 조종안정성과 승차감의 해석, 평가에 대한 연구를 수행하였다. 다물체 동역학 이론을 차량에 적용하여 차량의 현가장치계에 대한 동적 모델링을 수행한 후 다양한 주행조건하에서 차량의 동적거동을 해석하였다. 조종안정성에 대한 평가로서 선회조향시 차량의 횡방향 과도응답에 대한 해석을 수행하여 이를 주파수 영역으로 변환한 후 4인자 평가 방법에 의한 평가를 수행하였다. 또한 승차감의 평가를 위하여 노면가진 시의 차량의 동적거동에 대한 해석을 수행하였다. 범프통과 시의 거동과 몇가지 형태의 불규칙 노면형상에 대한 거동을 해석하였다. 또한, 스프링 상수 와 댐핑계수등의 현가장치 설계변수의 변화에 따른 차량의 동특성 변화에 대한 해석을 수행하여 조종안정성과 승차감에 미치는 현가장치 특성치의 영향에 대한 연구를 수행하였다.
제 6 세부과제인 "자동차 금형가공에 관한 연구" 에 있어서는 자동차 금형가공기술의 확립을 목표로 최적화된 NC code 생성 PC 프로그램의 개발을 위해 연구를 수행하였다. 엔드밀의 절삭력계의 해석, 최적가공경로의 산출, 적절한 가공기술의 제시와 절삭 공구의 최적화등을 고려한 NC code생성을 통해 고생산성, 고정밀 금형가공을 수행할 수 있게 되었다. 제 3 차년도 연구로서 자동차의 금형가공 금형표면에 남는 이송방향으로의 커터마크가 표면거칠기해석의 중요한 인자임을 증명하고, 이를 기존의 커섭높이에 중첩 시켜 보다 실제의 가까운 표면거칠기의 정량적인 해석을 수행하였다. 또한, 엔드밀에 의한 정밀가공 시의 절삭특성을 고찰하여 최적의 공구를 선정하기 위한 연구를 수행하였다. 한편, 5측가공기의 단점을 보완하기 위하여 강성이 뛰어나고, 가격이 저가이며, 조작이 간편한 3축공작기계에서 정밀밀링을 실현하기 위해 자유곡면을 표면거칠기를 변수로 평가, 수개의 영역으로 분할한 후 상향밀링만으로 절삭하는 새로운 공구경로 생성법을 제안하였다.
제 7 세부과제인 "판재 성형시의 주름발생에 관한 기초 연구" 에서는 분기이론 및 초기 불균일의 가정을 이용한 유한요소 해석을 통하여 박판 성형시에 발생하는 결함인 주름의 발생및 성장의 예측 방법을 제안하였다. 주름 발생의 시험법으로 요시다 좌굴 시험을 행하여 주름의 발생, 성장 및 소거를 관찰하였다. 실제의 불균일량과 동일한 정도의 초기 불균일을 가정하여 비대칭 형태의 주름 성장에 적용한 결과, 주름의 형태와 크기에서 실험과 해석을 좋은 일치를 보였다.

Abstract ▼

The design, analysis and manufacture of automotive structure should be performed systematically among the related areas of fundamental engineering, especially for shortening the period of development of a new model. In this study, to establish systematic procedure for the design of automotive struct

The design, analysis and manufacture of automotive structure should be performed systematically among the related areas of fundamental engineering, especially for shortening the period of development of a new model. In this study, to establish systematic procedure for the design of automotive structure, a basic research has been conducted by the staffs of the 7 closely related areas in mechanical engineering : Structural Analysis, CAD, Vibration, Machine design, Kinematics, Precision Machining, and Plastcities.
In the lst sub-project, "Finite Element Analysis of Automotive Structures", the finite element method is applied to the analysis fo automotive structure and the stresses and strains are evaluated. In the structrual analysis, however, the plate and beam elements suffer undesirable phenomenon as the structure becomes thin, known as "locking". In this study, we have developed stable and reliable elements which are free of locking by the consideration of equilibrium equation together. The application of the elements to the automotive structure is now being sought.
In the 2nd sub-project, "CAD system for Automobile Body", a computer aided design system which cauculates 3 dimensional outer surface of carbody from tape drawing sketched by the automobile body designer has been developed.
In the 3rd year, the research is concerned with the visualization and smoothing of the irregular characteristics of surface. The database for the geometric information of automobile body outer surface has been constructed. In the 3rd sub-project, "Vibrational and acoustic Analysis of Automobile", the acostic atructural full coupling theory of Dowell is investigated to reduce the vehicle interior noise and the analytical solution for simple models is obtained. Especially, to understand the meanings of the coupling of full coupling theory, acoustic eigenvalue analysis and structural eigenvalue analysis for one dimensional tube and three dimensional rectangular box are done using FEM program and are compared with th eanalytical solutions. The analytic solution by the full coupling theory is also compared with the results of commercial program (SYSNOIS) vehicle model, this multibody dynamics analysis commercial program has been developed to study ride quality. Simulation results are compared with the test results of actual vehicle, and the design parameters of the properties of the suspension system for improving the ride quality are determined. The discomfort changes due to the changes in the design parameters are determined by the analysis performed on the 3-dimensional linearized vehicle model.
In the 4th sub-project, "A Fundamental Study on the Crush Analysis of Automobile", the side member wich has a great role of the crush energy dissipation was modelled with the beam emements and the lumped mases and analysized by using the FDM program in the lst period. In the 2nd period, the side members were modelled were modelled with nonlinear shell elements and solved by the explicit finite element program. In the final period, the rectangular box test models have been made and tested under the quasi-static loads. The test results are compared with the analysis to identify the design parameters most influencing the crush characteristics.
In the 5th sub-project, "The Analysis of Dynamic Response of Vehicle Bodies", vehicle handling and riding characteristics are evaluated. A dynamic model of a vehicle suspension system is built by using the theory of multibody dynamics and the dynamic behavior of vehicles is analyzed on various driving conditions. To determine the handling behavior of a road vehicle to steering input, lateral transient responses are analyzed in the time domain. Then the vehicle handling characteristics are evaluated by using four parameter method in frequency domain. For the evaluation of ride characteristics, the vehicle dynamic behavior is simulated for sine wave bump and random road input. The effect is verified for such various suspension parameters as suspension spring constants and damping coefficients.
In the 6th sub-project "A Study on the Machining of Automobile -Dies", a machining based NC code generation program has been developed in order to advance the Dies/Molds machining technology. The effect of cutter mark on surface roughness and scallop height in climbing milling process is studied. The geometrical surface roughness is calculated as a function of feed tooth, path interval, radii of tool and cutting edge, and radii of curvature of workpiece. Through machining experiments in a 3-axis machining center, the adequacy of the analysis was confirmed. While cutter mark is neglegible in ball end milling, it is significant in flat endmilling. When feed per tooth is very small, flat endmilling gives superior surface finish to ball endmilling. In flat endmilling, cutting condition and cutter path should be strategically chosen to balance the cutter mark height and scallop height.
In the 7th sub-project, "Study of Wrinkling in Sheet Metal Forming", a method of prediction of wrinkle, the defect in sheet metal forming, is proposed by the bifurcation theory and initial imperfection method. Initiation, growth, and elimination processes of wrinkles were considered in Yoshida buckling test. The analysis of the wrinkle growth has been done taking the same imperfection orders as those of real specimens, and the predicted results show a good agreement with the measurements of wrinkle amplitude and in specimen, also method has been validated for non-symmetric cases.

목차 Contents

• 제1장 서론...13
• 제2장 연구내용...15
• 제3장 연구결과...36
• 제4장 고찰...79
• 제5장 결론...86
• 제6장 참고문헌...88
• 1세부목차...93
• 제1장 서론...97
• 제2장 기초 이론...99
• 제1절 곡률에 기초한 곡선 보 요소...99
• 제2절 곡률에 기초한 평판 요소...109
• 제3절 자동차구조의 유한요소화 모델링에 대한 연구...125
• 제3장 연구 결과...128
• 제1절 곡률에 기초한 곡선 보 요소의 적용예...128
• 제2절 곡률에 기초한 평판 요소의 적용예...142
• 제3절 자동차구조의 유한요소화 모델링 해석...156
• 제4장 고찰...159
• 제5장 결론...160
• 제6장 참고문헌...162
• 목차...169
• 제1장 서론...171
• 제2장 연구내용...181
• 제3장 연구결과...221
• 제4장 고찰...230
• 제5장 결론...232
• 제6장 참고문헌...234
• 2세부목차...241
• 제1장 서론...243
• 제2장 연구내용...245
• 제1절 진동-음향계의 완전연성 이론 고찰...245
• 제2절 육면체 상자(box)에 대한 완전연성 해석...259
• 제3절 다물체 동역학을 이용한 해석...273
• 제4절 실차를 이용한 범프 통과 실험...279
• 제5절 파라메타 해석...285
• 제3장 연구결과...288
• 제1절 1차원 튜브의 완전 연성 해석...288
• 제2절 육면체 상자(box)에 대한 완전 연성 해석...290
• 제3절 다물페 동적 해석 프로그램을 이용한 해석 결과...293
• 제4절 실차를 이용한 범프 통과 실험 결과...298
• 제5절 실차실험과 시뮬레이션 결과의 비교...303
• 제6절 파라메타 해석 결과...309
• 제4장 고찰...312
• 제5장 결론...314
• 제6장 참고문헌...315
• 목차...323
• 제1장 서론...325
• 제2장 연구 내용...326
• 제3장 연구 결과...326
• 제1절 평면 S 자형 구조물 붕괴 해석...326
• 제2절 3차원 사각 단면 구조물의 붕괴 해석...343
• 제3절 사각관의 붕괴 해석 및 실험에 관한 연구...343
• 1.실험...347
• 2.수치해석...350
• 제4장 고찰...360
• 제5장 결론...362
• 제6장 참고문헌...363
• 3세부목차...369
• 제1장 서론...371
• 제2장 연구내용...373
• 제1절 동역학적 모델링...373
• 제2절 조종안정성 해석...373
• 제3절 승차감 해석...383
• 제3장 연구결과...391
• 제1절 조종안정성 평가...391
• 제2절 승차감 평가...391
• 4세부목차...473
• 제1장 서론...475
• 제1절 연구 배경...475
• 제2절 연구목적 및 범위...477
• 제2장 실험...478
• 제1절 실험 재료...478
• 제2절 초기 불균일의 측정...480
• 제3절 요시다 좌굴 시험 (Yoshida Buckling Test)...482
• 제4절 주름 소거 시험...484
• 제3장 불안정 문제 해석 연구...487
• 제1절 탄소성 분기 정리...487
• 제2절 가용 속도장과 분기 범함수...489
• 제3절 대각방향으로 인장을 받는 정방형 박판의 분기 거동 해석...492
• 제4장 탄소성 유한 요소법을 이용한 주름 발생 해석...498
• 제1절 탄소성 유한 요소 해석...498
• 제2절 결과 및 고찰...500
• 제5장 연구 성과 및 결론...517
• 제6장 참고문헌...518