KR20010097937A - 루프크러쉬의 설계 및 해석방법 - Google Patents

루프크러쉬의 설계 및 해석방법 Download PDF

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    • F23Q2/50—Protecting coverings

Abstract

본 발명은 루프 크러쉬의 설계 및 해석방법에 관한 것으로서, 그 목적은 차량설계초기인 팩케이지 레이아웃단계의 골격모델에서 자동차의 강도 수준을 정확하게 예측할 수 있으며 이에 따라서 차량의 루프 붕괴형태를 정확히 구현할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 기본단면이 결정되는 팩케이지 레이아웃단계; 기본결합구조의 결정에 의해 골격모델을 얻는 프리 마스터단계; 주요부의 상세 구조와 보강이 이루어지는 마스터단계 및 상세한 마운팅부가 결정되고 도면이 완성되는 디테일단계로 이루어진 루프 크러쉬의 설계 및 해석방법에 있어서, 상기 프리 마스터단계에는 기존의 관성 모멘트(Moment), 비틀림 상수, 면적의 데이터를 마이컴에 의해 폭, 높이, 두께의 데이터로 간략한 박스형상의 차체단면으로 변환시키는 차체단면 변환단계와, 구조적으로 취약한 부분에 국부적인 모멘트가 발생하도록 소성 힌지를 적용시키는 소성힌지 적용단계가 구비된 것을 특징으로 하는 루프 크러쉬의 설계 및 해석방법이다.

Description

루프크러쉬의 설계 및 해석방법{Method for Design and analysis of roof crush}
본 발명은 승용차 승객실의 루프 크러쉬 해석방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량 전복시 승객보호를 위한 연구의 일환으로 비선형 해석법을 이용한 루프 크러쉬(Roof crush) 해석시 구조물의 붕괴형태를 정확하게 해석하기 위한 루프크러쉬의 설계 및 해석방법에 관한 것이다.
일반적으로, 승용차 개발시에는 루프의 기본적인 강도를 확보하도록 미연방 자동차 안전법규인 FMVSS 216항목에 루프 크러쉬 레지스턴스 시험(Roof crush resistance test)이 있으며, 최근 국내에서도 자동차 안전에 관한 규칙 92조로 적용된 법규이다.
상기 시험목적은 FMVSS 216항목을 만족하면서 차량 전복시 승객실의 운전자 및 탑승자의 안정성을 확보하고 루프 사이드와 프론트 필러, 센터 필러의 강성을 확보하기 위한 통상 루프 크러쉬의 시험방법을 채택하고 있다.
다시 말해서, 설계초기단계에서 법규를 만족하고 안전측면에서 승객실의 안전성을 확보할 수 있는 어퍼바디(Upper body)의 구조를 얻기 위함이다.
상기 법규의 시험방법은 도 1a와 도 1b에 나타낸 바와 같이, 창문을 모두 닫고 도어(Door)또한 잠근 상태에서 차체를 지그(Jig)에 고정한다. 다음에 리지드 램(Rigid ram)의 길이방향 축이 수평선을 기준으로 하여 전방하부를 향하여 5°기울지게 설치되면서 그 횡방향 축이 수평선을 기준으로 하여 실외측하부를 향하여 25°기울어지게 설치한다. 시험장치의 아래 부분은 차량과 접하도록 하고, 최초 접촉점 또는 접촉하고 있는 표면의 중심이 시험장치 밑면의 길이방향 중심선상에 있고 그 중심선으로부터 앞쪽으로 10 Inch가 되도록 한다.
이와 같이 설치한 상태에서 리지드 램을 수직하방으로 1.5 Inch/sec의 속도로 하중을 가하되 공차중량의 1.5배, 또는 5000파운드 중 낮은 하중에 도달할 때까지 하중을 가하며 120sec 이내에 시험을 완료한다. 이런 단계에 의하여 시험장치가 움직인 거리, 즉 시험장치의 밑면이 원래 위치에서 위에 명시된 값에 도달했을 때 위치간의 거리를 측정한다.
이러한 시험절차에 의해 루프의 앞쪽 모서리에 가할 때 측정한 시험장치가 움직이는 거리를 5인치 이내로 규정하고 있다. 보통 자동차 루프의 양쪽을 모두 시험하여야 하지만 일반적으로 한쪽이 성능을 만족하면 다른 한쪽도 만족하는 것으로 간주하고 있다.
상기와 같은 시험은 골격모델과 박판모델을 토대로 하여 이루어지고 이러한 모델들은 차량개발단계의 필수단계라 할 것이다. 이와 같이 차량을 개발하는 단계는, 크게 팩케이지 레이아웃(Package layout) 단계에서 기본 단면이 결정되고, 프리 마스터(Pre master) 단계에서 기본 결합구조가 결정되며, 마스터(Master) 단계에서 주요부의 상세 구조 및 보강이 이루어지고, 디테일(DETAIL) 단계에서 상세한 마운팅부의 결정 및 도면이 완성되며 이를 근거로 시작차의 제작에 들어간다.
상기와 같은 종래의 루프 크러쉬 해석방법은 프리 마스터 단계에서 기본단면의 굽힘 모멘트, 비틀림 상수, 면적이 입력되는 골격모델을 사용한 구조해석이 이루어졌고, 마스터 단계에서는 실제형상이 반영된 박판모델이 실제해석에 수행되었다.
도 2는 종래의 루프 크러쉬에 대한 강도 해석과정을 개략적으로 나타낸 순서도면이다.
먼저, 개발목표를 설정한 다음, 프리 마스터단계에서 기존의 관성 모멘트(Moment), 비틀림 상수, 면적의 데이터를 입력한 골격모델을 제작하고 마스터단계에서 실제형상을 반영시킨 박판모델을 제작을 한다.
이와 같이 골격모델을 제작한 후 이를 통상의 시험장치에 설치하여 통상의 방법과 같이 경계조건, 하중조건을 부여하여 시험한다.
이와 같이 시험장치로부터 얻은 데이터를 아바쿠스 프로그램(Abaqus program)을 이용하여 해석하고 그 해석결과 개발목표에 만족여부를 판단하며 개발목표에 대하여 만족하면 종료한다.
상기 해석결과에 만족하지 못하면 개선방안을 부가하여 다시 아바쿠스 프로그램을 이용하여 개발목표에 만족할 때까지 되풀이하여 종료한다.
그러나, 상기와 같은 종래의 골격모델에 의한 루프 크러쉬 해석방법에 있어서는 단순히 기존의 관성 모멘트(Moment), 비틀림 상수, 면적의 데이터를 입력한 개발초기단계의 골격모델을 이용하여 시험하므로 시험 데이터(Data)와 대비하여 너무 강하게 표현되어서 정확한 예측이 불가능하였으며, 이로 인하여 마스터 단계에서 유한요소법(FEM)으로 해석하기 위한 박판모델을 모델링하는 시간이 많이 걸리고 특히, 목표 불만족시엔 개선방안을 내어도 설계시점상 반영하기 힘든 어려움이 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 제반 폐단 및 문제점을 해결하기 위하여 연구 개발한 것으로서, 구조적으로 취약한 부분의 차체단면을 간략한 박스단면으로 변환하고 이 박스단면에 국부적인 모멘트가 발생하도록 소성 힌지를 적용함으로써 차량설계초기인 팩케이지 레이아웃단계의 골격모델에서 자동차의 강도 수준을 정확하게 예측할 수 있으며 이에 따라서 차량의 루프 붕괴형태를 정확히 구현할 수 있도록 한 루프 크러쉬 해석방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 차량설계의 초기단계인 팩케이지 레이아웃단계의 골격모델에서 자동차의 강도 수준을 정확하게 예측할 수 있음으로써 마스터 단계에서의 모델링 시간을 단축할 수 있으며, 이에 따라서 마스터단계이후의 설계변경을 감소시키고 차량개발시 필수적으로 전개되는 실차 실험횟수를 줄임은 물론 시작차량의 제작대수를 낮출 수 있도록 한 루프 크러쉬 해석방법을 제공하는데 있다.
도 1a는 루프 크러쉬의 시험장치를 나타낸 정면도,
도 1b는 도 1a의 측면도,
도 2는 종래 루프 크러쉬의 골격모델에 대한 강도해석과정을 나타낸 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 루프 크러쉬의 골격모델에 대한 강도 해석과정을 나타낸 순서도,
도 4는 본 발명에 따른 소성 힌지를 적용시킨 골격모델의 참고도,
도 5a와 도 5b는 본 발명이 적용된 소성 힌지들중 2개소부분을 발췌하여 노드간 모멘트와 라디안값을 참고적으로 나타낸 도면,
도 6은 본 발명과 종래의 루프크러쉬의 골격모델에 대한 하중 변위선도를 나타낸 그래프이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기본단면이 결정되는 팩케이지 레이아웃단계; 기본결합구조의 결정에 의해 골격모델을 얻는 프리 마스터단계; 주요부의 상세 구조와 보강이 이루어지는 마스터단계 및 상세한 마운팅부가 결정되고 도면이 완성되는 디테일단계로 이루어진 루프 크러쉬의 설계 및 해석방법에 있어서, 상기 프리 마스터단계에는 기존의 관성 모멘트(Moment), 비틀림 상수, 면적의 데이터가 마이컴에 의해 폭, 높이, 두께의 데이터로 간략한 박스형상의 차체단면으로 변환시키는 차체단면 변환단계와, 구조적으로 취약한 부분에 국부적인 모멘트가 발생하도록 소성 힌지를 적용시키는 소성힌지 적용단계가 구비된 것을 특징으로 하는루프 크러쉬의 설계 및 해석방법이다.
이하, 본 발명의 루프 크러쉬의 설계 및 해석방법에 대한 첨부도면을 참고로 하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 루프 크러쉬의 골격모델에 대한 강도 해석과정을 개략적으로 나타낸 순서도면이다.
먼저, 개발목표를 설정하고 골격모델을 제작을 한다.
상기 골격모델을 제작할 때에는 복잡한 형상의 차체단면을 마이컴에 의해 간략한 박스형상의 단면으로 변환시킨다. 이렇게 차체단면을 변환시키는 단계는 기존의 관성 모멘트(Moment), 비틀림 상수, 면적의 데이터를 마이컴에 입력함으로써 폭, 높이, 두께의 데이터로 간략하게 변환시킬 수 있다.
이와 같이 차체단면을 간략화하는 주된 이유는 루프 크러쉬의 해석시간을 단축하기 위해서이다.
이와 같이 골격모델을 제작할 때 그 차체단면을 간략화하면서 구조적으로 취약하다고 판단되는 부분에 국부적으로 모멘트가 발생하도록 소성 힌지를 적용한다. 상기 소성 힌지에는 하중 부하시 예상되는 최대 모멘트(Max Moment)와 라디안(Rad)값을 입력해야 한다.
상기 최대 모멘트와 라디안 값을 입력하기 위해서는 상기에서 언급했던 바와 같이 취약부분의 차체단면을 마이컴에 의해 박스단면으로 변환하고, 마이컴에 의해 두 노드(Node)간에 입력할 스프링 값을 구해야 한다.
상기 라디안 값은 모멘트/2.5E + 5 ×(π/180)의 식으로부터 얻는다. 여기에서의 스프링(Spring)값은 최대 모멘트와 라디안 값을 의미하며, 이러한 변수 값이 강성 취약부분을 적절하게 묘사하여 정확한 예측 및 보완을 가능하게 하여 해석 데이터가 시험 경향과 유사하게 구해질 수 있다.
이와 같이 골격모델의 제작을 완료한 후 이를 통상의 시험장치에 설치하여 통상의 방법과 같이 경계조건, 하중조건을 부여하여 시험한다.
이와 같이 시험장치로부터 얻은 데이터를 아바쿠스 프로그램(Abaqus program)을 이용하여 해석하고 그 해석결과 개발목표에 만족여부를 판단하며 개발목표에 대하여 만족하면 종료한다.
상기 해석결과에 만족하지 못하면 개선방안을 부가하여 다시 아바쿠스 프로그램을 이용하여 개발목표에 만족할 때까지 되풀이하여 종료한다.
도 4는 본 발명의 소성 힌지를 적용시킨 골격모델에 대한 모델링 도면이다.
상기 소성 힌지는 홀 사이즈(HOLE SIZE)가 큰 곳, 단면이 급격하게 줄어드는 곳, 구조적으로 취약한 부분에 국부적인 모멘트가 발생하도록 마련하되, 그 적용부분은 타원형으로 짙게 마킹하여 나타내었으며, 루프 프런트부분, 루프사이드와 루프센터부분, 프론트 필러어퍼부분과 쿼터필러어퍼부분, 센터필러어퍼부분과 센터필러꺽임부분이다.
상기 소성 힌지에 입력하는 변수 값은 루프 프런트부분에 Rx값을, 루프사이드부분과 루프센터부분과 센터필러 어퍼부분 및 센터필러 꺽임부분에 RY값을, 프론트 필러어퍼부분과 쿼터필러어퍼부분에 Rx, RY값을 입력한다.
상기 소성 힌지들중 2개소부분을 발췌하여 노드간 모멘트와 라디안값을 나타내었는데, 도 5a에는 루프사이드부분과 루프센터부분과 센터필러 어퍼부분 및 센터필러 꺽임부분을 나타내었고, 도 5b에는 프론트 필러어퍼부분과 쿼터필러어퍼부분을 나타내었다.
도 6은 본 발명과 종래의 루프크러쉬의 골격모델에 대한 하중 변위선도를 나타낸 그래프이다.
종래의 루프 크러쉬는 본 발명의 루프 크러쉬와 비교할 때 본 발명의 동일 변위에 대하여 종래의 루프강도가 높게 설정된 것을 알 수 있다.
부언하면, 종래의 루프는 개발목표에 따른 시험 데이터(Data)와 대비할 때 너무 강하게 표현되어서 데이터간의 정도차이가 큰 것임을 알 수 있었고 이에 반하여 본 발명에서는 차량설계의 초기단계인 팩케이지 레이아웃단계의 골격모델에서 해석 및 시험데이터간의 강도 수준을 정확하게 예측할 수 있음을 알 수 있었다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명의 루프 크러쉬의 설계 및 해석방법은 기본단면의 굽힘모멘트, 비틀림상수, 면적이 입력되는 골격모델로 구조 해석하는 종래 해석방법과는 달리 구조적으로 취약한 부분의 차체단면을 간략한 박스단면으로 변환하고 이 박스단면에 국부적인 모멘트가 발생하도록 소성 힌지를 적용함으로써 차량설계초기인 팩케이지 레이아웃단계의 골격모델에서 자동차의 강도 수준을 정확하게 예측할 수 있으며 이에 따라서 차량의 루프 붕괴형태를 정확히 구현할 수 있는 특유의 효과가 있다.
또한 차량설계의 초기단계인 팩케이지 레이아웃단계의 골격모델에서 자동차의 강도 수준을 정확하게 예측하고 문제점을 개선할 수 있으므로 마스터 단계에서의 모델링 시간을 단축할 수 있으며, 이에 따라서 원가절감과 경량화은 물론 마스터단계이후의 설계변경감소와 차량개발시 필수적으로 전개되는 실제차량실험횟수 및 시작차량대수를 낮출 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 기본단면이 결정되는 팩케이지 레이아웃단계; 기본결합구조의 결정에 의해 골격모델을 얻는 프리 마스터단계; 주요부의 상세 구조와 보강이 이루어지는 마스터단계 및 상세한 마운팅부가 결정되고 도면이 완성되는 디테일단계로 이루어진 루프 크러쉬의 설계 및 해석방법에 있어서,
    상기 프리 마스터단계에는 기존의 관성 모멘트(Moment), 비틀림 상수, 면적의 데이터를 마이컴에 의해 폭, 높이, 두께의 데이터로 간략한 박스형상의 차체단면으로 변환시키는 차체단면 변환단계와, 구조적으로 취약한 부분에 국부적인 모멘트가 발생하도록 소성 힌지를 적용시키는 소성힌지 적용단계가 구비된 것을 특징으로 하는 루프 크러쉬의 설계 및 해석방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소성 힌지 적용단계의 소성 힌지에는 하중 부하시 예상되는 최대 모멘트(Max Moment)와 라디안(Rad)값인 스프링 값을 구하는 것을 특징으로 하는 루프 크러쉬의 설계 및 해석방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 소성 힌지는 루프 프런트부분, 루프사이드, 루프센터부분, 프론트 필러어퍼부분, 쿼터필러어퍼부분, 센터필러어퍼부분 및 센터필러꺽임부분에 마련된 것을 특징으로 하는 루프 크러쉬의 설계 및 해석방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 라디안 값은 모멘트/2.5E + 5 ×(π/180)의 식으로 구하는 것을 특징으로 하는 루프 크러쉬의 설계 및 해석방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112560164A (zh) * 2019-09-26 2021-03-26 广州汽车集团股份有限公司 一种汽车b柱截面设计方法以及计算机可读存储介质

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102322842A (zh) * 2011-05-25 2012-01-18 吉林大学 箱型截面薄壁梁弯曲特性的简化分析方法
CN112560164A (zh) * 2019-09-26 2021-03-26 广州汽车集团股份有限公司 一种汽车b柱截面设计方法以及计算机可读存储介质

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