KR19980036583A

KR19980036583A - How to predict the service life of automobile spot welding area

Info

Publication number: KR19980036583A
Application number: KR1019960055153A
Authority: KR
Inventors: 정은화
Original assignee: 박병재; 현대자동차 주식회사
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 1998-08-05
Also published as: KR100242062B1

Abstract

이 발명은 자동차 점용접 부위 내구 수명 예측방법에 관한 것으로서, 내구 주행로상의 입력 하중을 측정하여 데이터베이스화하는 단계와, 내구 주행로상의 가속도를 측정하여 동력학 해석을 통하여 상기 단계에서 측정된 하중 데이터의 신뢰성을 검증하는단계와, 관심의 대상이 되는 점용접 구조물을 유한 요소 모델링하는 단계와, 상기 단계에서 산출한 데이터베이스를 이용하여 하중 경계 조건을 설정하고, 유한 요소 해석을 하여 점용접 부위의 작용하는 하중을 산출하는 단계와, 상기 단계에서 산출된 하중을 이용하여 각 점용접 부위에서의 하중-수명 곡선을 산출하는 단계로 이루어져 있으며, 자동차 용접점 부위의 내구 수명을 예측하는데에 있어서, 효과적인 점용접 위치 및 개수를 결정함으로써, 설계 기간을 단축할 수 있고 실제 주행 내구 시험에 소요되는 시간 및 경비를 줄일 수 있는 자동차 점용접 부위 내구 수명 예측방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for predicting the endurance life of an automobile spot welding part, comprising: measuring an input load on an endurance roadway and making a database; measuring acceleration of the endurance roadway; Verifying the reliability, finite element modeling of the spot welded structure of interest, using the database calculated in the step, setting load boundary conditions, and performing finite element analysis Comprising a step of calculating the load, and calculating the load-life curve at each spot welding site using the load calculated in the step, and effective spot welding in predicting the endurance life of the welding spot site of the car By determining location and number, design time can be shortened and actual driving durability It relates to a spot welding car parts service life prediction method that can reduce the time and expense spent on.

Description

How to predict the service life of automobile spot welding area

이 발명은 자동차 구조물의 점용접 부위 내구 수명을 정확하게 예측하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for accurately predicting the endurance life of a spot welding portion of an automobile structure.

일반적인 승용차의 경우, 차체는 얇은 철판을 점용접으로 결합하여 조립이 되며, 이때 사용되는 용접점의 수는 많게는 5천점을 상회하기도 한다.In the case of a typical passenger car, the body is assembled by combining a thin steel plate with spot welding, and the number of welding points used is often more than 5,000 points.

그런데, 상기 점용접은 용접점의 용접 불량이 발생할 확률이 다른 결합 방법에 비하여 많으며, 실제 다수의 용접점 중 차량의 운전중 입력되는 점용접 부위의 하중을 지지함에 있어, 소수의 용접점이 대부분의 하중을 분담하는 경우가 대부분이기 때문에, 강도나 내구상에서 많은 취약점을 내포하고 있다.However, the spot welding is more likely than the joining method in which the welding failure of the welding spot is more likely to occur, and in support of the load of the spot welding portion input during operation of the vehicle among the plurality of welding spots, few welding spots Since most of the load sharing cases, there are many vulnerabilities in strength and durability.

즉, 여러 개의 용접점 중에서 중요한 점용접 부위의 용접 불량이 발생하거나 점용접의 밀도, 위치 등을 잘못 선정하게 되면 운전중에 크랙(crack)이 발생하여 심각한 안전상의 사고를 유발할 수도 있다.In other words, if a welding failure occurs in an important spot welding part among several welding spots or if the density or location of the spot welding is incorrectly selected, a crack may occur during operation, which may cause a serious safety accident.

상기와 같은 문제를 사전에 방지하기 위해서는 차량 개발시의 설계 초기 단계에서 점용접 부위의 위치선정 및 밀도가 대단히 중요하다.In order to prevent such a problem in advance, positioning and density of the spot welding portion are very important in the early stage of design during vehicle development.

현재 차량을 설계 및 개발하는 과정에서 개발 기간의 단축이 중요한 문제로 대두되고 있으며, 이것이 개발 기술력을 결정하는 주요한 인자로 인식되고 있다.In the process of designing and developing a vehicle, shortening the development period is an important problem, which is recognized as a major factor in determining the development technology.

개발 기간을 단축하기 위해서는 무엇보다도 설계 초기에 차량의 제반 성능을 예측하여 원가 및 중량을 고려한 최적의 설계가 이루어지도록 하는 것이 중요하다.In order to shorten the development period, it is most important to predict the overall performance of the vehicle at the beginning of the design so that the optimum design considering the cost and weight is achieved.

따라서, 차량의 목표 수명이 정해졌을 경우, 양산 전 단계에서 차체의 수명을 예측 해석하는 것이 매우 중요하다.Therefore, when the target life of the vehicle is determined, it is very important to predict and analyze the life of the vehicle body at the stage of mass production.

종래에는 차체의 점용접 부위의 내구 수명을 예측하기 위하여 실제 차량을 실험 주행하는 방법을 이용하였는데, 이러한 경우, 실험을 하는 데에 소요되는 비용과 시간이 과다하게 되고, 또 특정 차량의 결함에 의한 예측이 발생하는 경우 정확한 내구 수명 예측이 내구 수명 예측이 되지 못하게 되는 문제점이 있다.Conventionally, in order to predict the endurance life of the spot welding portion of the vehicle body, the actual vehicle was used for experiment driving. In this case, the cost and time required for the experiment were excessive, and due to the defect of the specific vehicle, When prediction occurs, there is a problem that the accurate endurance life prediction cannot be made.

따라서, 이 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자동차 용접점 부위의 내구 수명을 예측하는 데에 있어서, 효과적인 점용접 위치 및 개수를 결정함으로써, 설계 기간을 단축할 수 있고 실제 주행 내구 시험에 소요되는 시간 및 경비를 줄일 수 있는 자동차 점용접 부위 내구 수명 예측방법을 제공하는 데에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and in determining the effective spot welding position and number in predicting the endurance life of the automobile welding spot region, the design period can be shortened. The purpose of the present invention is to provide a method for predicting the endurance life of an automobile spot welded part that can reduce the time and cost required for the actual driving endurance test.

상기의 목적을 달성하기 위한 이 발명의 구성은 다음과 같이 이루어져 있다.The structure of this invention for achieving the said objective is comprised as follows.

내구 주행로상의 입력 하중을 측정하여 데이터베이스화하는 단계와; 내구 주행로상의 가속도를 측정하여 동력학 해석을 통하여 상기 단계에서 측정된 하중 데이터의 신뢰성을 검증하는 단계와; 관심의 대상이 되는 점용접 구조물을 유한 요소 모델링하는 단계와, 상기 단계에서 산출한 데이터베이스를 이용하여 하중 경계 조건을 설정하고, 유한 요소 해석을 하여 점용접 부위의 작용하는 하중을 산출하는 단계와, 상기 단계에서 산출된 하중을 이용하여 각 점용접 부위에서의 하중-수명 곡선을 산출하는 단계로 이루어져 있다.Measuring and inputting an input load on the durable driving path into a database; Verifying the reliability of the load data measured in the step through dynamic analysis by measuring acceleration on the endurance road; Finite element modeling of the spot welded structure of interest; setting load boundary conditions using the database calculated in the above step; calculating fining element acting loads by finite element analysis; Comprising a step of calculating the load-life curve at each spot welding site using the load calculated in the above step.

도 1은 이 발명의 실시예에 따른 자동차 점용접 부위 내구 수명 예측방법을 적용한 순서도이고,1 is a flow chart applying the method of predicting the endurance life of the automobile spot welding portion according to an embodiment of the present invention,

도 2는 측정된 노면 하중 신호를 나타낸 그래프이고,2 is a graph showing the measured road load signal,

도 3은 도 2의 신호를 하중 크기별로 분포도화한 그래프이고,FIG. 3 is a graph illustrating distribution of signals of FIG. 2 according to load magnitudes. FIG.

도 4는 점용접된 철판의 유한 요소 모델링 그래프이고,4 is a finite element modeling graph of a spot welded steel sheet,

도 5의 (가)~(라)는 도 4에서 점용접의 위치 선정을 나타낸 사시도이고,5 (a) to (d) are perspective views showing the position selection of spot welding in FIG.

도 6은 점용접 부위의 시편 모델 그래프이고,6 is a specimen model graph of the spot welding site,

도 7은 점용접 부위의 하중을 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the load of the spot welding site.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described a preferred embodiment of the present invention.

도 1에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 자동차 점용접 부위 내구 수명 예측방법은 다음과 같다.As shown in FIG. 1, the method of predicting the endurance life of an automobile spot welding portion in an embodiment of the present invention is as follows.

자동차 구조물의 점용접 부위의 내구 수명을 산출하기 위하여, 우선 내구 주행로상을 주행하면서 스트레인 게이지(strain gage)를 이용하여 휠 센터(wheel center)에서의 입력 하중을 측정한다(S10).In order to calculate the endurance life of the spot welding portion of the automobile structure, first, the input load at the wheel center is measured by using a strain gage while driving on the endurance driving path (S10).

도 2에 그 일례가 나타나 있으며, 이렇게 구한 신호값을 컴퓨터(computer)에 데이터베이스(database)화 한다.An example is shown in FIG. 2, and the signal values thus obtained are converted into a database in a computer.

그리고 나서, 내구 주행로상을 주행하면서 휠 센터에서의 가속도를 측정한다(S20).Then, the acceleration at the wheel center is measured while driving on the durable driving path (S20).

그리고, 상기 단계(S30)에서 측정한 가속도를 이용하여 동력학 해석을 통하여 상기 단계에서 측정된 하중 데이터의 신뢰성을 검증한다(S30).Then, the reliability of the load data measured in the step is verified through dynamic analysis using the acceleration measured in the step (S30) (S30).

그리고 나서, 도 3에 보는 것과 같이, 상기에서 검증된 데이터를 하중 크기와 개수별로 다시 컴퓨터에 데이터베이스화 한다.Then, as shown in FIG. 3, the data verified above is databased on the computer again by the load size and number.

그리고, 관심의 대상이 되는 점용접 구조물을 포함하는 유한 요소 모델링하며, 관심으 대상이 되는 부분은 도 4에 도시된 것처럼 상세하게 모델링한다(S40).Then, the finite element model including the spot welding structure of interest, and the portion of interest is modeled in detail as shown in Figure 4 (S40).

이때, 점용접 부위는 유한 요소의 보요소(beam element)를 사용하여, 모델링하며, 도 5의 (가)~(라)에 도시된 것과 같이 하중을 고려하여 필요한 위치에 배치한다.In this case, the spot welding portion is modeled by using a beam element of a finite element, and is disposed at a required position in consideration of a load as shown in FIGS. 5A to 5D.

이제는 상기 단계(S30)에서 산출한 데이터베이스를 이용하여 하중 경계 조건을 설정하고(S50), 유한 요소 모델의 정적 해석을 수행하여 점용접 부위의 작용하는 하중을 산출한다(S60).Now, load boundary conditions are set using the database calculated in step S30 (S50), and static load analysis of the finite element model is performed to calculate a load acting on the spot welding portion (S60).

이때, 2겹 이상으로 용접되는 점용접 부위는 2겹으로 가정하여 모델링하도록 하며, 점용접 부위의 하중 산출이 목적이므로, 점용접 부위의 위치만 정확하게 하되, 기타 형상을 최대한 단순화하여 모델링에 소요되는 시간과 노력을 최소화한다.At this time, the spot welded parts welded in two or more layers are assumed to be modeled as two-ply, and since the purpose of calculating the load of the spot welded parts is to be accurate, only the position of the spot welded parts is accurate, but other shapes are required for modeling. Minimize time and effort.

그리고 나서, 기존에 사용하는 점용접의 표준 응력-수명 곡선을 선정하고, 관심의 대상이 되는 점용접 부위의 특성을 가지는 점용접 시편 모델을 구성하여 해석하며, 도 6에 그 일례를 도시하였다(S70).Then, the standard stress-life curve of the spot welding used in the past was selected, a spot welding specimen model having the characteristics of the spot welding region of interest was constructed and analyzed, and an example thereof is illustrated in FIG. 6 ( S70).

즉, 두 철판의 사이에 점용접점 덩어리(1)가 있고, 그 주변에 열영향을 받은 부분(2)이 존재한다.That is, the spot welding contact mass 1 is between two iron plates, and the heat-affected part 2 exists around it.

그리고 나서, 상기 단계(S70)에서 계산된 응력 결과를 이용하여 표준 응력-수명 곡선을 하중-수명 곡선으로 변환한다(S80).Then, the standard stress-life curve is converted into a load-life curve using the stress result calculated in the step S70 (S80).

상기 단계(S80)에서 산출된 하중-수명 곡선과 점용접 부위에 대한 하중, 그리고 측정 및 통계 처리되어 데이터베이스화된 표준화된 하중 신호를 이용하여 점용접 부위에서의 수명 및 내구 성능을 예측한다(S90).Using the load-life curve calculated in the step (S80), the load on the spot welding site, and using the standardized load signal measured and statistically processed and databased, the life and durability performance at the spot welding site is predicted (S90). ).

그리고, 상기에서 예측된 점용접 부위에서의 수명 및 내구 성능이 원하는 설계 조건을 만족하는지의 여부를 판단하여(S100), 설계 조건을 만족하는 것으로 판단되는 경우에는 설정된 위치에 설정된 수만큼의 점용접을 수행하도록 한다.Then, it is determined whether the life and durability performance at the predicted spot welding site satisfies the desired design condition (S100), and when it is determined that the design condition is satisfied, the number of spot weldings set at the set position is satisfied. To do this.

그러나, 상기 단계(S100)에서 설계 조건을 만족하지 못하는 것으로 판단되는 경우, 설계된 모델을 수정하여(S100)고, 다시 수정된 모델을 이용하여 유한 요소 정적 해석 단계(S60)로 돌아간다.However, if it is determined in step S100 that the design conditions are not satisfied, the designed model is corrected (S100), and the process returns to the finite element static analysis step S60 using the modified model.

상기와 같이 함으로써, 점용접 부위의 내구 수명을 정확하게 예측할 수 있으며, 그에 따라 점용접점의 위치 및 개수를 정확하게 설계할 수 있다.By doing the above, the endurance life of a spot welding part can be predicted correctly, and the position and number of a spot welding point can be designed correctly accordingly.

따라서, 상기와 같은 이 발명은 자동차 용접점 부위의 내구 수명을 예측하는 데에 있어서, 효과적인 점용접 위치 및 개수를 결정함으로써, 설계 기간을 단축할 수 있고 실제 주행 내구 시험에 소요되는 시간 및 경비를 줄일 수 있는 효과가 있다.Therefore, the present invention as described above can shorten the design period and determine the time and cost required for the actual driving endurance test by determining the effective spot welding position and number in predicting the endurance life of the automobile welding spot. There is an effect that can be reduced.

그리고, 실제 시험에서 문제가 발생하는 경우, 상기의 방법을 이용하여 효과적인 개선 방안을 산출할 수 있는 효과가 있다.And, if a problem occurs in the actual test, there is an effect that can be used to calculate the effective improvement method using the above method.

Claims

Measuring and inputting an input load on the durable driving path into a database;

Verifying the reliability of the load data measured in the step through dynamic analysis by measuring acceleration on the endurance road;

Finite element modeling of the spot welded structure of interest;

Setting load boundary conditions by using the database calculated in the above step, and performing a finite element analysis to calculate a load acting on the spot welding portion;

Computing the load-life curve at each spot welding portion using the load calculated in the step characterized in that the endurance life prediction method of the automotive spot welding portion.

According to claim 1, the configuration of the step of calculating the load acting on the spot welding site,

Performing a finite element static analysis by setting load boundary conditions using the database calculated in the above step;

After selecting the standard stress-life curve of the spot welding to be used, constructing a spot welding specimen model having the characteristics of the spot welding region of interest, and analyzing the load using it Endurance Life Prediction Method for Automobile Spot Welding.

In claim 1, the finite element modeling of the spot welding structure of interest,

Detailed modeling of the portion of interest, the spot welded portion is predicted endurance life of the automotive spot welded portion, characterized in that the model of the beam element.

The method of claim 3, wherein the model of the spot welding part is modeled on the assumption that two or more panels are joined by spot welding on the basis of two-ply models.