KR101984156B1 - 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석을 위한 메쉬 방법 - Google Patents

자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석을 위한 메쉬 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석 방법에 관한 것으로, 비틀림 해석을 위한 시뮬레이션 장치의 제어부가 사용자 인터페이스(UI)를 통해 비틀림 해석을 실시하기 위한 부품 모듈을 상기 비틀림 해석을 위한 장치에 인서트하는 단계; 상기 제어부가 부품 모듈의 메쉬(MESH) 작업을 실시하는 단계; 상기 제어부가 상기 부품 모듈의 각 단품 접합 포인트를 바(BAR) 요소로 연결하여, 상기 부품 모듈의 구속점에 구속하는 단계; 상기 제어부가 상기 부품 모듈이 결합되어야 하는 부분의 포인트를 제외한, 서스펜션의 마운팅 포인트 3개소를 구속하는 단계; 상기 제어부가 상기 부품 모듈이 결합되어야 하는 부분의 포인트 1개소에 하중을 적용하는 단계; 상기 제어부가 상기 포인트 1개소에 하중을 적용한 후 비틀림 해석을 실시하고, 이에 따른 비틀림 해석 결과가 기 지정된 탄성영역 내에 있는지 확인하는 단계; 및 상기 비틀림 해석 결과가 탄성 영역 내에 있는지 여부를 바탕으로 개선안을 제안하거나, 상기 부품 모듈의 검증을 완료하는 단계;를 포함한다.

Description

자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석을 위한 메쉬 방법{MESH METHOD FOR TORSIONAL ANALYSIS OF VEHICLE BODY PART MODULE}
본 발명은 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 BIW(Body in White)에 중간 조립체(즉, 부품 모듈)를 결합하지 않은 상태에서 상기 중간 조립체(즉, 부품 모듈)만을 이용하여 이 중간 조립체가 BIW에 결합 시 어떠한 성능변화를 가지는지 예측할 수 있도록 하는, 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석 방*에 관한 것이다.
일반적으로 대부분의 완제품은 여러 개의 파트 혹은 모듈로 구성 되어있다.
특히, 항공, 우주, 자동차 산업 등과 같이 대형 모델을 설계하는 경우 전체 모델은 수많은 모듈과 이를 구성하는 여러 파트로 이루어진다. 최근에는 이러한 이유로 특정 기능 수행을 위한 일정 단위 모듈로 나누어 독립적으로 설계하는 모듈형 시스템 설계가 증가하고 있다.
따라서 자동차의 뼈대가 되는 차체는 완성차업체와 1차 협력사가 공동으로 부품 개발을 추진한다.
예컨대 중형 승용차 1대 기준 약 350개 품목의 단품이 개발되고, 용접 및 접합에 의해 1차로 13개 품목의 중간 조립품으로 제작이 되며, 마지막으로 지정된 특정 개수(예 : 13개) 품목의 중간 조립품을 접합하여 최종적으로 차체의 뼈대가 되는 1대의 BIW(Body in White)가 제작된다(도 1 참조). 여기서 1차 협력사가 상기 단품 및 중간 조립품을 제작하고, 완성차업체가 최종적으로 BIW를 제작한다.
이러한 자동차의 차체는 자동차의 구조를 유지하고 사고 시 승객의 안전을 확보해야 하는 고품질 및 고안전성을 요구하는 중요 부품이다.
이에 따라 완성차업체와 1차 협력사가 공동으로 설계 및 개발을 진행하더라도 차체의 구조성능 및 안전성에 대한 평가는 구조적 형상이 완전히 갖춰진 BIW 상태에서 진행하여야 정확한 결과를 도출할 수 있게 된다. 따라서 완성차업체에서 구조성능 및 안전성에 대한 평가를 진행하여 그 결과를 개발에 반영하고 있으며, 이에 관련된 해석 DATA는 보안상의 이유로 협력사(예 : 1차 협력사)에 공개되지 않고 있으며, 수정 사항에 대해서만 협력사(예 : 1차 협력사)에 제공되고 있다.
따라서 단품 및 중간 조립품을 제작하는 1차 협력사는 부품(즉, 단품)을 제작하고 있으나, 그 부품(즉, 단품)이 BIW 상태에서 어떠한 성능을 가지고 어떠한 변화를 가지는지 알 수 없기 때문에 실제로 부품을 제작하는 업체(예 : 1차 협력사)에서 자체적으로 부품의 성능에 대한 사전 예측 및 개선이 불가능하여 협력사(예 : 1차 협력사) 개발 단계에서 일정 및 비용의 손실이 발생하는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 협력사(예 : 1차 협력사)가 중간 조립체만을 가지고도 중간 조립체가 BIW 상태에서 어떠한 성능변화를 가지는지 사전예측 가능한 해석 방법이 필요한 상태이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2001-0047916호(2001.06.15. 공개, 차체 비틀림 강성 해석방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, BIW(Body in White)에 중간 조립체(즉, 부품 모듈)를 결합하지 않은 상태에서 상기 중간 조립체(즉, 부품 모듈)만을 이용하여 이 중간 조립체가 BIW에 결합 시 어떠한 성능변화를 가지는지 예측할 수 있도록 하는, 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석 방법에 관한 것으로, 비틀림 해석을 위한 시뮬레이션 장치의 제어부가 사용자 인터페이스(UI)를 통해 비틀림 해석을 실시하기 위한 부품 모듈을 상기 비틀림 해석을 위한 장치에 인서트하는 단계; 상기 제어부가 부품 모듈의 메쉬(MESH) 작업을 실시하는 단계; 상기 제어부가 상기 부품 모듈의 각 단품 접합 포인트를 바(BAR) 요소로 연결하여, 상기 부품 모듈의 구속점에 구속하는 단계; 상기 제어부가 상기 부품 모듈이 결합되어야 하는 부분의 포인트를 제외한, 서스펜션의 마운팅 포인트 3개소를 구속하는 단계; 상기 제어부가 상기 부품 모듈이 결합되어야 하는 부분의 포인트 1개소에 하중을 적용하는 단계; 상기 제어부가 상기 포인트 1개소에 하중을 적용한 후 비틀림 해석을 실시하고, 이에 따른 비틀림 해석 결과가 기 지정된 탄성영역 내에 있는지 확인하는 단계; 및 상기 비틀림 해석 결과가 탄성 영역 내에 있는지 여부를 바탕으로 개선안을 제안하거나, 상기 부품 모듈의 검증을 완료하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 부품 모듈의 메쉬(MESH) 작업을 실시하는 단계 이전에, 상기 제어부가 사용자 인터페이스(UI)를 통해 프런트 및 리어 서스펜션의 마운팅 포인트 4개소를 상기 비틀림 해석을 위한 장치에 인서트하는 단계; 상기 제어부가 사용자 인터페이스(UI)를 통해 상기 서스펜션의 마운팅 포인트 4개소의 교차점을 기준점으로 확정하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 확정된 기준점을 기준으로 미리 산출된 계산값을 적용하여 부품 모듈의 구속점을 확정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 개선안을 제안하거나, 상기 부품 모듈의 검증을 완료하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 비틀림 해석 결과가 탄성 영역 내에 있는지 확인하여 이에 따른 결과를 출력함으로써, 만약 상기 비틀림 해석 결과가 탄성 영역 내에 있지 않을 경우, 이에 따른 문제점을 사용자가 확인하여 개선할 수 있도록 하거나, 상기 제어부가 미리 설정된 알고리즘에 기초하여 상기 비틀림 해석 결과를 바탕으로 문제점을 자동으로 확인하여 개선안을 제공할 수 있도록 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 사용자 또는 미리 설정된 알고리즘에 의해 개선안이 제안될 경우, 상기 제어부는, 부품 모듈을 다시 구속한 후 하중을 적용하여, 상기 비틀림 해석 결과가 탄성 영역 내에 있는지 확인하는 과정을 반복해서 수행하여, 상기 제안된 개선안에 대한 검증을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 구속점을 확정하거나 설정하기 위하여, 모듈 부품과 전체 BIW 모델 간 연결된 구동을 표현하기 위하여 구속점으로 설정할 수 있는 복수의 위치를 미리 지정한 후, 상기 복수의 위치를 순차로 변경하며 비틀림을 해석하고, 미리 실시된 BIW 비틀림 해석 결과와의 차이가 0.5mm 내에 존재하는 범위가 적어도 80% 이상인 위치를 최적의 구속점 위치로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 기준점은 상기 비틀림 해석을 실시할 부품 모듈의 구속점을 확정하기 위하여 미리 설정하는 점이고, 상기 구속점은 BIW 고정영역의 중심점에서 BIW 최전방까지 이동 후 부품 모듈 모델의 최하단에서 부터 지정된 특정 비율 위로 올린 점이며, 상기 부품 모듈은 F/APRON인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 부품 모듈의 각 단품 접합 포인트를 바(BAR) 요소로 연결하여, 상기 부품 모듈의 구속점에 구속하는 단계는, 상기 제어부가, 상기 부품 모듈을 BIW 상태처럼 구속 조건을 주기 위해서 각각의 용접 포인트에서 바(BAR) 요소를 사용하여, 하나의 구속점을 향해 직선 라인을 그어 한 점으로 구속하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 BIW(Body in White)에 중간 조립체(즉, 부품 모듈)를 결합하지 않은 상태에서 상기 중간 조립체(즉, 부품 모듈)만을 이용하여 이 중간 조립체가 BIW에 결합 시 어떠한 성능변화를 가지는지 예측할 수 있도록 함으로써, 상기 중간 조립체(즉, 부품 모듈)의 개발 단계에서 일정 및 비용의 손실을 절감할 수 있도록 한다.
도 1은 일반적인 차체의 BIW(Body in White) 형상을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석을 위한 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비틀림 해석 방법을 설명하기 위해 적용된 F/APRON 부품의 형상을 보인 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 5는 상기 도 4에 있어서, 비틀림 해석을 위한 부품 모듈을 BIW에서 분리하여 비틀림 해석을 위한 장치에 삽입하기 위해 메쉬 작업을 실시하는 것을 설명하기 위하여 보인 예시도.
도 6은 상기 도 4에 있어서, 비틀림 해석을 실시할 부품 모듈의 구속점을 확정하여 하중을 적용하는 방법을 설명하기 위하여 보인 예시도.
도 7은 상기 도 4에 있어서, BIW에 대한 비틀림 해석 결과와 구속점의 위치에 따른 모듈 부품만을 이용한 비틀림 해석 결과를 테이블로 보인 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석 방법의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 통상적으로 자동차용 차체의 경우에는 BIW나 트림바디(Trimmed body)를 통째로 해석하게 되는데, 그 바디 전체가 유기적인 로드 패스(load path)를 구성하며 하나의 시스템으로 볼 수 있기 때문이다.
이때 기존에도 각 협력사(예 : 1차 협력사)에서는 BIW 상태로 조립하기 전에 중간 조립체(즉, 부품 모듈) 상태에서 단품 시험(예 : 하중에 의한 비틀림 시험)을 실시하는데, 단품 시험에서는 문제가 발생되지 않았으나 실차 조립 후 문제가 발생되는 경우도 있고, 단품 시험에서는 문제가 발생되었지만 실차 조립 후 오히려 문제가 발생되지 않는 경우가 있다. 그 이유 중 하나는 시험 하중이 동일하다고 하더라도 단품일 경우와 여러 가지 부품이 조합된 경우에 하중이 분산되고 또한 하중이 집중되는 포인트가 달라질 것 이라는 것 때문이다.
하지만 상술한 바와 같이 기존의 각 협력사(예 : 1차 협력사)는 단품 시험은 가능하지만, BIW 상태에서의 시험(또는 평가)은 불가능하고, 또한 완성차업체에서의 시험(또는 평가)결과를 보안상의 이유로 협력사(예 : 1차 협력사)에 제공하지 않기 때문에 각 협력사(예 : 1차 협력사)는 BIW(Body in White)에 중간 조립체(즉, 부품 모듈)를 결합하지 않은 상태에서도 상기 중간 조립체(즉, 부품 모듈)만을 이용하여 이 중간 조립체가 BIW에 결합 시 어떠한 성능변화를 가지는지 예측할 수 있도록 하는 비틀림 해석 방법이 필요하게 되는 것이다.
따라서 본 실시예는 중간 조립체(즉, 부품 모듈)만을 이용하여 이 중간 조립체가 BIW에 결합 시 어떠한 성능변화를 가지는지 예측할 수 있도록 하는 비틀림 해석 방법을 제공한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석을 위한 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석 장치는, 부품 삽입부(110), 마운팅 포인트 삽입부(120), 기준점 설정부(130), 제어부(140), 구속점 확정부(150), 및 하중 인가부(160)를 포함한다.
본 실시예에 따른 상기 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석 장치는 컴퓨터 또는 서버를 이용해 구현될 수 있으며, 따라서 상기 제어부(140)는 상기 컴퓨터 또는 서버의 CPU(Central Processing Unit)에 해당하며, 상기 CPU는 미리 설정된 소프트웨어(프로그램)에 기초하여 본 실시예에 관련된 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석을 수행한다.
상기 제어부(140)를 제외한 나머지 구성 요소(110 ~ 130, 150 ~ 160)는 사용자 인터페이스(UI : User Interface) 형태로 구현될 수 있다.
즉, 상기 부품 삽입부(110)는 비틀림 해석을 실시할 부품 모듈에 대응하는 부품 모듈 데이터를 사용자 인터페이스(UI)를 통해 입력받는다.
상기 마운팅 포인트 삽입부(120)는 상기 비틀림 해석을 실시할 부품 모듈을 BIW에 마운팅 할 경우에 해당하는 마운팅 포인트를 입력받는다.
상기 기준점 설정부(130)는 상기 비틀림 해석을 실시할 부품 모듈의 구속점을 확정하기 위한 기준점을 설정한다.
상기 구속점 확정부(150)는 상기 설정된 기준점을 기준으로 미리 산출된 계산값을 적용하여 구속점을 확정한다.
상기 하중 인가부(160)는 상기 비틀림 해석을 실시할 부품 모듈의 구속점에 구속한 상태에서 상기 마운팅 포인트 1개소(예 : 프런트 1개소)에 하중을 적용한다.
상기 제어부(140)는 상기 구속된 상태에서 하중이 적용된 부품 모듈에 대해여 비틀림 해석을 수행하고, 상기 비틀림 해석 결과가 탄성 영역 내에 있는지 확인하여, 이에 따른 결과(즉, 비틀림 해석 결과 및 탄성 영역 내에 있는지 여부)를 출력함으로써, 만약 상기 비틀림 해석 결과가 탄성 영역 내에 있지 않을 경우, 이에 따른 문제점을 사용자가 확인하여 개선할 수 있도록 한다. 또는 상기 제어부(140)가 미리 설정된 알고리즘에 기초하여 상기 결과(즉, 비틀림 해석 결과 및 탄성 영역 내에 있는지 여부)를 바탕으로 문제점을 확인하여 자동으로 개선안을 제공할 수도 있다.
상기와 같이 사용자 또는 미리 설정된 알고리즘에 의해 개선안이 제안될 경우, 상기 제어부(140)는 부품 모듈을 다시 구속한 후 하중을 적용하여, 상기 비틀림 해석 결과가 탄성 영역 내에 있는지 확인하는 과정을 반복해서 수행함으로써 상기 개선안을 검증하고, 상기 비틀림 해석 결과가 탄성 영역 내에 있을 경우, 이 결과를 바탕으로 사용자가 상기 개선안을 적용할 수 있도록 한다.
참고로 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여, 하중에 의한 비틀림의 영향을 많이 받는 부품 모듈로서, F/APRON을 적용하는 것으로 가정하여 설명한다(도 3 참조). 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비틀림 해석 방법을 설명하기 위해 적용된 F/APRON 부품의 형상을 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(140)는 사용자 인터페이스(UI)를 통해 비틀림 해석을 실시하기 위한 부품 모듈(즉, 중간조립부품)을 비틀림 해석을 위한 장치(예 : 비틀림 해석을 위한 시뮬레이션 장치나 프로그램)에 인서트(삽입) 한다(S101)(도 5 참조).
도 5는 상기 도 4에 있어서, 비틀림 해석을 위한 부품 모듈을 BIW에서 분리하여 비틀림 해석을 위한 장치에 삽입하기 위해 메쉬 작업을 실시하는 것을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.
또한 상기 제어부(140)는 사용자 인터페이스(UI)를 통해 프런트 및 리어 서스펜션의 마운팅 포인트 4개소를 상기 비틀림 해석을 위한 장치(예 : 비틀림 해석을 위한 시뮬레이션 장치나 프로그램)에 인서트(삽입) 한다(S102).
또한 상기 제어부(140)는 사용자 인터페이스(UI)를 통해 상기 서스펜션 4개소의 교차점을 기준점으로 확정한다(S103).
여기서 상기 기준점은 상기 비틀림 해석을 실시할 부품 모듈의 구속점을 확정하기 위한 점이다.
상기 확정된 기준점을 기준으로 미리 산출된 계산값(전방 %, 높이 %)을 적용하여 부품 모듈(즉, 중간조립부품)의 구속점을 확정한다(S104)(도 6 참조).
도 6은 상기 도 4에 있어서, 비틀림 해석을 실시할 부품 모듈의 구속점을 확정하여 하중을 적용하는 방법을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.
도 6을 참조하면, BIW 고정영역의 중심점에서 BIW 최 전방까지 70% 이동 후 부품 모듈(예 : F/APRON) 모델의 최 하단에서 부터 77% 위로 올린 점을 구속점(사실상 이 한 점을 찾는 것이 중요하며, 도 7과 같이 다양한 위치를 시험하여 최적 구속점을 찾는다)으로 사용한다.
참고로, 부품 모듈(예 : F/APRON)은 BIW 상태에서는 실제 용접이 되어 있다. 하지만, 본 실시예와 같이 부품 모듈만을 별도로 비틀림 해석하기 위해서는, 마치 BIW 상태처럼 구속 조건을 주기 위해서 각각의 용접 포인트에서 바(BAR) 요소를 사용하여(즉, 각각의 용접 포인트에서 하나의 구속점을 향해 직선 라인을 그어) 한 점으로 구속한다. 즉, 각 부품 모듈간 연결된 거동을 모사하기 위하여 비틀림 해석할 부품 모듈이 나머지 부품들과 연결되는 연결부를 한 점(즉, 구속점)으로 구속한다.
상기 구속점이 구속됨과 동시에(즉, 부품 모듈만으로 마치 BIW 상태처럼 구속됨과 동시에) 상기 부품 모듈(예 : F/APRON)을 비틀림 해석한 결과와 부품 모듈이 결합된 BIW를 비틀림 해석한 결과가 유사한 결과가 나타남을 확인할 수 있다.
또한 상기 제어부(140)는 상기 부품 모듈(즉, 중간조립부품)의 메쉬(MESH) 작업을 실시한다(S105)(도 5 참조).
또한 상기 제어부(140)는 상기 부품 모듈(즉, 중간조립부품)의 각 단품 접합 포인트를 바(BAR) 요소로 연결하여, 상기 부품 모듈(즉, 중간조립부품)의 구속점에 구속한다(S106).
또한 상기 제어부(140)는 상기 부품 모듈(즉, 중간조립부품)이 결합되어야 하는 부분의 포인트를 제외한, 상기 서스펜션의 마운팅 포인트 3개소를 구속한다(S107)(예 : 리어 2개소, 프런트 1개소)(도 6의 (a) 참조).
또한 상기 제어부(140)는 상기 부품 모듈(즉, 중간조립부품)이 결합되어야 하는 부분의 포인트 1개소(즉, 프런트 1개소)에 하중을 적용한다(S108).
그리고 상기 제어부(140)는 상기 포인트 1개소(즉, 프런트 1개소)에 하중을 적용한 후 비틀림 해석을 실시하고, 이에 따른 비틀림 해석 결과가 기 지정된 탄성영역 내에 있는지 확인한다(S109).
예컨대 상기 제어부(140)는 지정된 비틀림 해석 프로그램에 상기 메쉬 데이터를 불러들여 비틀림 해석을 진행한다.
다음 상기 제어부(140)는 상기 비틀림 해석 결과가 탄성 영역 내에 있는지 확인하여 이에 따른 결과를 출력함으로써, 만약 상기 비틀림 해석 결과가 탄성 영역 내에 있지 않을 경우, 이에 따른 문제점을 사용자가 확인하여 개선할 수 있도록 하거나, 상기 제어부(140)가 미리 설정된 알고리즘에 기초하여 상기 비틀림 해석 결과를 바탕으로 문제점을 자동으로 확인하여 개선안을 제공할 수도 있다(S110).
상기와 같이 사용자 또는 미리 설정된 알고리즘에 의해 개선안이 제안될 경우, 상기 제어부(140)는 부품 모듈을 다시 구속한 후 하중을 적용하여, 상기 비틀림 해석 결과가 탄성 영역 내에 있는지 확인하는 과정을 반복해서 수행함으로써(S105 ~ S110) 상기 개선안을 검증한다(S111).
상기 개선의 검증을 통해 상기 비틀림 해석 결과가 탄성 영역 내에 있을 경우, 이 결과를 바탕으로 상기 검증된 개선안을 적용할 수 있도록 한다.
도 7은 상기 도 4에 있어서, BIW에 대한 비틀림 해석 결과와 구속점의 위치에 따른 모듈 부품만을 이용한 비틀림 해석 결과를 테이블로 보인 예시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 최적의 구속점(즉, 구속점의 위치) 설정을 위한 케이스(CASE) 선정은 모듈 부품과 전체 BIW 모델 간 연결된 구동을 표현하기 위하여 구속점의 위치별 결과를 표시한다.
예컨대 상기 최적의 구속점(즉, 구속점의 위치) 설정을 위한 각 케이스(CASE1 ~ CASE8)는, BIW 중심, F/APRON 중심, F/APRON LH 중심 등을 포함하며, 위치를 다양하게 변경하며 해석해 본 결과, 최적의 조건은 F/APRON LH, RH의 중심에서 F/APRON 최전방위치에 해당하는 케이스(즉, CASE8)로서, 테이블에 도시된 바와 같이, BIW 비틀림 해석 결과와의 차이가 0.5mm 내에 존재하는 범위 84%로서 최적의 조건인 것을 확인할 수 있다.
참고로, BIW 비틀림 해석을 위해서, 부품 모델을 메쉬 작업한 후, 비틀림 해석에 영향을 미치지 않는 부품(주유구 캡, 용접부, 본드 접합부 등)을 제거한다. 이때 원활한 작업을 위하여 부품 모델을 4개의 부분으로 나누어 메쉬(Mesh) 작업을 진행한다.
그리고 용접부 및 본드 접합부의 노드(Node)를 공유하여 각 부품을 접합한다. 다음 비틀림 해석을 위한 장치(예 : 비틀림 해석을 위한 시뮬레이션 장치나 프로그램)에 메쉬 데이터를 불러들이고, 상기 접합하는 각 제품의 두께 및 물성정보를 입력(예 : 한국 ESI에서 보유한 물성치 적용)한다.
이때 경계 조건은 실제 시험방식을 해석적으로(즉, 프로그램 방식으로) 구현하여 차량 바퀴부 3부분을 고정시킨 후, 조수석쪽 바퀴부에 하중을 부여하고, 이때의 변위량 및 폰 미세스 응력(Von-Mises 응력)을 확인한다(도 6의 (a) 참조).
시험 결과, 하중은 500kg 까지 부여하였으며, 이때의 변위량은 5mm 가량 발생하고, 이때의 폰 미세스 응력(Von-Mises 응력)은 최대 244MPa까지 발생하였으며, 발생부(마운팅 부위)에 사용된 소재는 SGAPH 370으로 소재의 항복응력을 넘지 않았으므로 BIW 의 영구변형은 없는 것으로 판단할 수 있다. 즉, 500kg의 하중을 부여한 비틀림 강성해석 결과 5mm가량 비틀어지며 이는 탄성 영역 내에 있는 것으로 판단할 수 있다.
한편 부품 모듈(예 : F/APRON)의 비틀림 해석을 위해서, BIW 모델에서 부품 모듈(예 : F/APRON)의 메쉬 작업을 수행하고, 해석 진행 시 용접부위 및 본드 접착 부위의 노드(Node)를 연결하여 각 파트를 접합한다. 그리고 본 실시예에 따른 단품 모듈 해석으로 BIW 거동을 구현하기 위하여 제품 연결부를 한 점으로 구속한다(즉, 최적의 구속점으로 구속한다). 이때 부품 모듈의 비틀림 해석 경계조건은, BIW에서의 기준점과 연결된 구속점의 위치에 따라 해석 결과를 확인하여, 부품 모듈의 해석 결과와 BIW 해석 결과의 차이가 기 설정된 기준(예 : 0.5mm)내 기준 목표(예 : 80%) 이상 만족할 경우, 단품 모듈 해석으로 BIW 거동을 구현할 수 있음이 증명된다. 시험 결과(즉, 부품 모듈의 비틀림 해석 결과), 폰 미세스 응력(Von Mises 응력)은 최대 162MPa가 발생하였으며, BIW의 경우 164MPa로서 응력 결과도 유사함을 확인할 수 있다.
이때 구속점은 BIW 모델 중심 부품 모듈(예 : F/APRON)의 높이 중 77%에 해당하는 위치를 선정한 부품 모듈의 해석 결과가(도 6의 (a),(b) 참조) BIW 해석 결과와 가장 유사한 결과를 얻을 수 있었다(예 : 도 7의 테이블에서 오차범위 0.5mm 84% 만족 ?? CASE8).
상기와 같이 본 실시예는 BIW(Body in White)에 중간 조립체(즉, 부품 모듈)를 결합하지 않은 상태에서 상기 중간 조립체(즉, 부품 모듈)만을 이용하여 이 중간 조립체가 BIW에 결합 시 어떠한 성능변화를 가지는지 예측할 수 있도록 함으로써, 상기 중간 조립체(즉, 부품 모듈)의 개발 단계에서 일정 및 비용의 손실을 절감할 수 있도록 한다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
110 : 부품 삽입부
120 : 마운팅 포인트 삽입부
130 : 기준점 설정부
140 : 제어부
150 : 구속점 확정부
160 : 하중 인가부

Claims (7)

  1. 비틀림 해석을 위한 시뮬레이션 장치의 제어부가 사용자 인터페이스(UI)를 통해 비틀림 해석을 실시하기 위한 부품 모듈을 상기 비틀림 해석을 위한 장치에 인서트하는 단계;
    상기 제어부가 부품 모듈의 메쉬(MESH) 작업을 실시하는 단계;
    상기 제어부가 상기 부품 모듈의 각 단품 접합 포인트를 바(BAR) 요소로 연결하여, 상기 부품 모듈의 구속점에 구속하는 단계;
    상기 제어부가 상기 부품 모듈이 결합되어야 하는 부분의 포인트를 제외한, 서스펜션의 마운팅 포인트 3개소를 구속하는 단계;
    상기 제어부가 상기 부품 모듈이 결합되어야 하는 부분의 포인트 1개소에 하중을 적용하는 단계;
    상기 제어부가 상기 포인트 1개소에 하중을 적용한 후 비틀림 해석을 실시하고, 이에 따른 비틀림 해석 결과가 기 지정된 탄성영역 내에 있는지 확인하는 단계; 및
    상기 비틀림 해석 결과가 탄성 영역 내에 있는지 여부를 바탕으로 개선안을 제안하거나, 상기 부품 모듈의 검증을 완료하는 단계;를 포함하되,
    상기 부품 모듈의 메쉬(MESH) 작업을 실시하는 단계에서,
    상기 제어부는 비틀림 해석에 영향을 미치지 않는 부품으로서, 주유구 캡, 용접부, 및 본드 접합부를 제거하며, 원활한 메쉬 작업을 위하여 상기 부품 모듈을 미리 지정된 적어도 4개의 부분으로 나누어 메쉬(MESH) 작업을 실시하는 것을 특징으로 하는 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석을 위한 메쉬 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 부품 모듈의 메쉬(MESH) 작업을 실시하는 단계 이전에,
    상기 제어부가 사용자 인터페이스(UI)를 통해 프런트 및 리어 서스펜션의 마운팅 포인트 4개소를 상기 비틀림 해석을 위한 장치에 인서트하는 단계;
    상기 제어부가 사용자 인터페이스(UI)를 통해 상기 서스펜션의 마운팅 포인트 4개소의 교차점을 기준점으로 확정하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 확정된 기준점을 기준으로 미리 산출된 계산값을 적용하여 부품 모듈의 구속점을 확정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석을 위한 메쉬 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 개선안을 제안하거나, 상기 부품 모듈의 검증을 완료하는 단계에서,
    상기 제어부는,
    상기 비틀림 해석 결과가 탄성 영역 내에 있는지 확인하여 이에 따른 결과를 출력함으로써, 만약 상기 비틀림 해석 결과가 탄성 영역 내에 있지 않을 경우, 이에 따른 문제점을 사용자가 확인하여 개선할 수 있도록 하거나, 상기 제어부가 미리 설정된 알고리즘에 기초하여 상기 비틀림 해석 결과를 바탕으로 문제점을 자동으로 확인하여 개선안을 제공할 수 있도록 구현된 것을 특징으로 하는 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석을 위한 메쉬 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 사용자 또는 미리 설정된 알고리즘에 의해 개선안이 제안될 경우,
    상기 제어부는,
    부품 모듈을 다시 구속한 후 하중을 적용하여, 상기 비틀림 해석 결과가 탄성 영역 내에 있는지 확인하는 과정을 반복해서 수행하여, 상기 제안된 개선안에 대한 검증을 수행하는 것을 특징으로 하는 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석을 위한 메쉬 방법.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 구속점을 확정하거나 설정하기 위하여,
    모듈 부품과 전체 BIW 모델 간 연결된 구동을 표현하기 위하여 구속점으로 설정할 수 있는 복수의 위치를 미리 지정한 후, 상기 복수의 위치를 순차로 변경하며 비틀림을 해석하고,
    미리 실시된 BIW 비틀림 해석 결과와의 차이가 0.5mm 내에 존재하는 범위가 적어도 80% 이상인 위치를 최적의 구속점 위치로 설정하는 것을 특징으로 하는 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석을 위한 메쉬 방법.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 기준점은 상기 비틀림 해석을 실시할 부품 모듈의 구속점을 확정하기 위하여 미리 설정하는 점이고, 상기 구속점은 BIW 고정영역의 중심점에서 BIW 최전방까지 이동 후 부품 모듈 모델의 최하단에서 부터 지정된 특정 비율 위로 올린 점이며, 상기 부품 모듈은 F/APRON인 것을 특징으로 하는 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석을 위한 메쉬 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 부품 모듈의 각 단품 접합 포인트를 바(BAR) 요소로 연결하여, 상기 부품 모듈의 구속점에 구속하는 단계는,
    상기 제어부가, 상기 부품 모듈을 BIW 상태처럼 구속 조건을 주기 위해서 각각의 용접 포인트에서 바(BAR) 요소를 사용하여, 하나의 구속점을 향해 직선 라인을 그어 한 점으로 구속하는 것을 특징으로 하는 자동차 차체 부품 모듈의 비틀림 해석을 위한 메쉬 방법.
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