KR20200104908A - 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 최적화 해석 장치 - Google Patents

차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 최적화 해석 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법은, 복수의 부품을 부품 세트로서 용접할 용접부가 미리 설정되어 있는 차체 골격 모델을 사용하여, 용접과 병용하여 구조용 접착제로 접착할 최적의 위치를 구하는 것으로서, 접착할 후보가 되는 위치에 접착 요소를 배치하는 접착 후보 위치 설정 스텝 S5 와, 최적화 해석에 있어서 하중 조건을 포함하는 최적화 해석 조건을 설정하는 최적화 해석 조건 설정 스텝 S7 과, 최적화 해석 조건이 설정된 차체 골격 모델의 접착 요소를 최적화의 해석 대상으로 하여 최적화 해석을 실시하여, 최적화 해석 조건을 만족하는 접착 요소의 위치를 구조용 접착제에 의해 접착할 위치로서 구하는 최적화 해석 스텝 S9 를 포함한다.

Description

차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 최적화 해석 장치
본 발명은 차체 (automotive body) 의 접착 (adhesive bonding) 위치의 최적화 해석 (optimization analysis) 방법 및 최적화 해석 장치에 관한 것으로, 특히, 용접 (welding) 과 구조용 접착제 (structural adhesive) 를 병용한 경우에 있어서의 상기 구조용 접착제로 접착할 최적의 위치를 구하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 최적화 해석 장치에 관한 것이다.
최근, 자동차 산업에 있어서는 환경 문제에서 기인한 차체의 경량화 (weight reduction of automotive body) 가 진행되고 있어, 차체의 설계에 컴퓨터 지원 공학 (computer aided engineering) (이하, 「CAE」라고 한다) 해석은 없어서는 안 되는 기술이 되고 있다. 이 CAE 해석에서는 강성 해석 (stiffness analysis), 충돌 해석 (crashworthiness analysis), 진동 해석 (vibration analysis) 등이 실시되어, 차체 성능 (automotive-body performance) 의 향상에 크게 기여하고 있다. 또, CAE 해석에서는 단순한 성능 평가뿐만 아니라, 수리 최적화 (mathematical optimization), 판두께 최적화 (thickness optimization), 형상 최적화 (shape optimization), 토폴로지 최적화 (topology optimization) 등의 최적화 해석 기술을 사용함으로써, 차체의 경량화뿐만 아니라, 강성 (stiffness) 이나 내충돌 성능 (crashworthiness performance) 등과 같은 각종 특성의 향상을 달성한 차체의 설계 지원을 할 수 있다.
최적화 해석 기술을 사용한 차체의 설계 지원의 예로서, 예를 들어 특허문헌 1 에는, 복잡한 구조체의 컴포넌트 (component) 를 토폴로지 최적화에 의해 최적화하는 기술이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 2010-250818호
차체와 같은 구조체는, 복수의 부품 (parts) 을 부품 세트 (parts set) 로서 용접 (welding) 등에 의해 접합 (joining) 함으로써 형성되어 있으며, 접합하는 부위에 있어서의 접합량을 늘리면 (예를 들어, 스폿 용접 (spot welding) 점의 추가 등), 구조체 전체적인 강성은 향상되는 것이 알려져 있다. 그러나, 비용의 관점에서 접합량을 가능한 한 줄일 것이 요망되고 있다.
그래서, 차체의 강성을 향상시키기 위해서는, 부품끼리를 접합하는 용접과 병용하여 구조용 접착제를 도포하여 접착하는 것이 유효한 것이 알려져 있다. 그러나, 차체의 부품끼리를 접합하는 모든 플랜지부를 접착하기 위해서는, 구조용 접착제를 100 m 이상의 길이로 도포하는 경우도 있어, 이 길이의 도포에는 시간이 걸려 생산 비용의 면에서 문제가 생긴다.
그래서, 차체의 강성 등의 성능을 향상시키기 위해, 특허문헌 1 에 개시된 최적화 기술을 적용함으로써, 용접과 병용하여 구조용 접착제로 접착할 최적의 위치를 구하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 특허문헌 1 에는, 차체와 같은 구조체를 형성하는 용접과 병용하여 구조용 접착제로 접착할 위치의 최적화에 관하여, 어떻게 최적화 기술을 적용할지에 대하여 개시되어 있지 않다. 그 때문에, 용접과 구조용 접착제를 병용한 경우에 있어서의 상기 구조용 접착제로 접착할 최적의 위치를 구하는 기술이 요망되고 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 복수의 부품이 부품 세트로서 용접된 자동차의 차체 골격 모델 (body structure model) 을 사용하여, 상기 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 상기 부품 세트를 접착할 최적의 위치를 구하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 최적화 해석 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법은, 평면 요소 (two-dimensional element) 및/또는 입체 요소 (three-dimensional element) 로 이루어지는 복수의 부품을 가지고 이루어지고, 그 복수의 부품을 부품 세트로서 용접할 용접부 (welding portion) 가 미리 설정되어 있는 차체 골격 모델을 사용하여, 상기 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 상기 부품 세트를 접착할 최적의 위치를 구하는 것으로서, 컴퓨터가, 상기 구조용 접착제로 접착할 후보가 되는 위치에, 상기 구조용 접착제로서의 접착 요소 (adhesive element) 를 배치하는 접착 후보 위치 설정 스텝과, 조작자의 지시에 의해 컴퓨터가, 상기 접착 요소가 배치된 상기 차체 골격 모델에 대해, 최적화 해석에 있어서 그 차체 골격 모델에 부하하는 하중 조건 (loading condition) 을 포함하는 최적화 해석 조건을 설정하는 최적화 해석 조건 설정 스텝과, 컴퓨터가, 상기 최적화 해석 조건이 설정된 상기 차체 골격 모델의 상기 접착 요소를 최적화의 해석 대상으로 하여 최적화 해석을 실시하여, 상기 최적화 해석 조건을 만족하는 접착 요소의 위치를 상기 구조용 접착제에 의해 접착할 위치로서 구하는 최적화 해석 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 접착 후보 위치 설정 스텝은, 상기 접착 요소를 연속해서 배치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법은, 상기 발명에 있어서, 컴퓨터가, 의장품 (equipment for door assembly) 또는 덮개물 (closure panels) 이 설정된 차체 골격 모델에 차대 모델 (chassis model) 을 접속하여 차량 모델 (automobile model) 을 생성하는 차량 모델 생성 스텝과, 컴퓨터가, 그 차량 모델의 주행 해석 (driving analysis) 을 실시하여, 주행시에 상기 차체 골격 모델에 있어서의 상기 차대 모델과의 접속부 (connecting point) 에 발생하는 하중 (load) 및/또는 변위 (displacement) 를 하중 조건으로서 취득하는 주행 해석 스텝을 포함하고, 그 주행 해석 스텝에 있어서 취득한 하중 조건을, 상기 최적화 해석 조건 설정 스텝에 있어서의 하중 조건으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법은, 상기 발명에 있어서, 컴퓨터가, 의장품 또는 덮개물에 상당하는 질량 (mass) 이 설정된 차체 골격 모델에 차대 모델을 접속하여 차량 모델을 생성하는 차량 모델 생성 스텝과, 컴퓨터가, 그 차량 모델의 주행 해석을 실시하여, 주행시에 상기 차체 골격 모델에 있어서의 상기 차대 모델과의 접속부에 발생하는 하중 및/또는 변위를 하중 조건으로서 취득하는 주행 해석 스텝을 포함하고, 그 주행 해석 스텝에 있어서 취득한 하중 조건을, 상기 최적화 해석 조건 설정 스텝에 있어서의 하중 조건으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 접착 후보 위치 설정 스텝은, 의장품 및/또는 덮개물을 설정한 차체 골격 모델에 상기 접착 요소를 배치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 접착 후보 위치 설정 스텝은, 의장품 및/또는 덮개물에 상당하는 질량을 설정한 차체 골격 모델에 상기 접착 요소를 배치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치는, 평면 요소 및/또는 입체 요소로 이루어지는 복수의 부품을 가지고 이루어지고, 그 복수의 부품을 부품 세트로서 용접할 용접부가 미리 설정되어 있는 차체 골격 모델을 사용하여, 상기 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 상기 부품 세트를 접착할 최적의 위치를 구하는 것으로서, 상기 구조용 접착제로 접착할 후보가 되는 위치에, 상기 구조용 접착제로서의 접착 요소를 배치하는 접착 후보 위치 설정부와, 상기 접착 요소가 배치된 상기 차체 골격 모델에 대해, 최적화 해석에 있어서 그 차체 골격 모델에 부하하는 하중 조건을 포함하는 최적화 해석 조건을 설정하는 최적화 해석 조건 설정부와, 상기 최적화 해석 조건이 설정된 상기 차체 골격 모델의 상기 접착 요소를 최적화의 해석 대상으로 하여 최적화 해석을 실시하여, 상기 최적화 해석 조건을 만족하는 접착 요소의 위치를 상기 구조용 접착제에 의해 접착할 위치로서 구하는 최적화 해석부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 접착 후보 위치 설정부는, 상기 접착 요소를 연속해서 배치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치는, 상기 발명에 있어서, 의장품 또는 덮개물이 설정된 차체 골격 모델에 차대 모델을 접속하여 차량 모델을 생성하는 차량 모델 생성부와, 그 차량 모델의 주행 해석을 실시하여, 주행시에 상기 차체 골격 모델에 있어서의 상기 차대 모델과의 접속부에 발생하는 하중 및/또는 변위를 하중 조건으로서 취득하는 주행 해석부를 구비하고, 그 주행 해석부에 의해 취득한 하중 조건을, 상기 최적화 해석 조건 설정부에 있어서의 하중 조건으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치는, 상기 발명에 있어서, 의장품 또는 덮개물에 상당하는 질량이 설정된 차체 골격 모델에 차대 모델을 접속하여 차량 모델을 생성하는 차량 모델 생성부와, 그 차량 모델의 주행 해석을 실시하여, 주행시에 상기 차체 골격 모델에 있어서의 상기 차대 모델과의 접속부에 발생하는 하중 및/또는 변위를 하중 조건으로서 취득하는 주행 해석부를 구비하고, 그 주행 해석부에 있어서 취득한 하중 조건을, 상기 최적화 해석 조건 설정부에 있어서의 하중 조건으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 접착 후보 위치 설정부는, 의장품 및/또는 덮개물을 설정한 차체 골격 모델에 상기 접착 요소를 배치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 접착 후보 위치 설정부는, 의장품 및/또는 덮개물에 상당하는 질량을 설정한 차체 골격 모델에 상기 접착 요소를 배치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 차량의 주행시를 상정하여 상기 자동차의 차체 골격 모델에 작용하는 하중 조건을 부여하여 최적화 해석을 실시할 수 있어, 상기 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 상기 부품 세트를 접착할 최적의 위치를 양호한 정밀도로 구할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치의 블록도이다.
도 2 는, 본 실시형태에서 사용하는 차체 골격 모델과, 그 차체 골격 모델에 미리 설정되어 있는 용접부를 설명하는 설명도이다 ((a) : 사시도, (b) : 측면도).
도 3 은, 본 실시형태에서 사용하는 차체 골격 모델과, 그 차체 골격 모델에 설정되어 있는 고정 연결부를 설명하는 설명도이다.
도 4 는, 본 실시형태에서 사용하는 차체 골격 모델에 있어서, 차대 모델과 접속하는 접속부의 위치를 설명하는 도면이다.
도 5 는, 본 실시형태에 관련된 주행 해석에 사용하는 차량 모델의 생성에 대하여 설명하는 도면이다 (사시도).
도 6 은, 본 실시형태에 관련된 주행 해석에 사용하는 차량 모델의 생성에 대하여 설명하는 도면이다 (하면도).
도 7 은, 본 실시형태에서 사용하는 차체 골격 모델에 질량 요소가 설정된 차체 골격 모델의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8 은, 본 실시형태에서 사용하는 차체 골격 모델에 질량 요소가 설정된 차체 골격 모델의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 9 는, 본 실시형태에 관련된 최적화 해석에 있어서, 질량 요소가 설정된 차체 골격 모델에, 부품 세트를 접착할 후보가 되는 위치에 접착 요소를 배치한 일례를 나타내는 도면이다 ((a) : 사시도, (b) : 측면도).
도 10 은, 본 실시형태에 관련된 최적화 해석에 있어서, 용접부가 미리 설정되어 있는 부품 세트 (a) 와, 그 부품 세트를 접착할 후보가 되는 위치에 연속적으로 배치한 접착 요소 (b) 와, 최적화 해석 조건을 만족하여 잔존하는 접착 요소 및 최적화 해석 조건을 만족하지 않아 소거되는 접착 요소 (c) 를 나타내는 도면이다 (그 1).
도 11 은, 본 실시형태에 관련된 최적화 해석에 있어서, 부품 세트를 접착할 후보가 되는 접착 요소의 바람직한 배치를 설명하는 도면이다.
도 12 는, 본 실시형태에 관련된 최적화 해석에 있어서, 용접부가 미리 설정되어 있는 부품 세트 (a) 와, 그 부품 세트를 접착할 후보가 되는 위치에 연속적으로 배치한 접착 요소 (b) 와, 최적화 해석 조건을 만족하여 잔존하는 접착 요소 및 최적화 해석 조건을 만족하지 않아 소거되는 접착 요소 (c) 를 설명하는 도면이다 (그 2).
도 13 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법의 처리의 흐름을 나타내는 플로 차트이다.
도 14 는, 본 실시형태에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법의 주행 해석 스텝에 있어서 설정되는 주행 조건의 일례를 설명하는 도면이다 ((a) : 조타각 (steering angle), (b) : 주행 궤적 (running path)).
도 15 는, 본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치의 다른 양태를 나타내는 블록도이다.
도 16 은, 본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법의 다른 양태를 나타내는 플로 차트이다.
도 17 은, 실시예에 있어서, 주행 해석에서의 주행 조건으로서 설정한 조타각과 차량 모델의 주행 궤적과, 주행 해석에 의해 취득한 차체 골격 모델에 있어서의 프론트측의 접속부에 발생하는 하중의 결과를 나타내는 도면이다 ((a) : 조타각, (b) : 주행 궤적, (c) : 접속부 위치, (d) : 접속부에 발생하는 하중의 시간 경과적 변화, (e) : 접속부에 발생한 하중의 크기 및 방향).
도 18 은, 실시예에 있어서, 주행 해석에서의 주행 조건으로서 설정한 조타각과 차량 모델의 주행 궤적과, 주행 해석에 의해 취득한 차체 골격 모델에 있어서의 리어측의 접속부에 발생하는 하중의 결과를 나타내는 도면이다 ((a) : 조타각, (b) : 주행 궤적, (c) : 접속부 위치, (d) : 접속부에 발생하는 하중의 시간 경과적 변화, (e) : 접속부에 발생한 하중의 크기 및 방향).
도 19 는, 실시예에 있어서, 해석 대상으로 한 차체 골격 모델을 나타내는 도면이다 ((a) : 회전 도어 (revolving door) 구성 부품 또는 회전 도어 구성 부품에 상당하는 질량의 설정 없음, (b) 회전 도어 구성 부품의 설정 있음).
도 20 은, 실시예에 있어서, 최적화 해석 조건으로서 차체 골격 모델에 부여하는 하중 조건을 설명하는 도면이다 (프론트측의 접속부).
도 21 은, 실시예에 있어서, 최적화 해석 조건으로서 차체 골격 모델에 부여하는 하중 조건을 설명하는 도면이다 (리어측의 접속부).
도 22 는, 실시예에 있어서, 주행 해석에 의해 취득한 하중 조건을 부여한 경우의 차체 변형 (body deformation) 의 해석 결과를 나타내는 도면이다 (그 1).
도 23 은, 실시예에 있어서, 주행 해석에 의해 취득한 하중 조건을 부여한 경우의 차체 변형의 해석 결과를 나타내는 도면이다 (그 2).
도 24 는, 실시예에 있어서, 가상적인 하중 조건을 부여한 경우의 차체 변형의 해석 결과를 나타내는 도면이다 (그 1).
도 25 는, 실시예에 있어서, 가상적인 하중 조건을 부여한 경우의 차체 변형의 해석 결과를 나타내는 도면이다 (그 2).
도 26 은, 실시예에 있어서, 질량을 설정하지 않는 차체 골격 모델에 배치한 접착 요소를 해석 대상으로 하고, 주행 해석으로 취득한 하중 조건을 부여하여 최적화 해석을 실시하여 구한 접착 요소를 나타내는 도면이다.
도 27 은, 실시예에 있어서, 질량을 설정하지 않는 차체 골격 모델에 배치한 접착 요소를 해석 대상으로 하고, 가상적인 하중 조건을 부여하여 최적화 해석을 실시하여 구한 접착 요소를 나타내는 도면이다.
도 28 은, 실시예에 있어서, 질량을 설정한 차체 골격 모델에 배치한 접착 요소를 해석 대상으로 하고, 주행 해석으로 취득한 하중 조건을 부여하여 최적화 해석을 실시하여 구한 접착 요소를 나타내는 도면이다.
도 29 는, 실시예에 있어서, 질량을 설정한 차체 골격 모델에 배치한 접착 요소를 해석 대상으로 하고, 가상적인 하중 조건을 부여하여 최적화 해석을 실시하여 구한 접착 요소를 나타내는 도면이다.
도 30 은, 실시예에 있어서, 회전 도어 구성 부품을 설정한 차체 골격 모델에 배치한 접착 요소를 해석 대상으로 하고, 주행 해석으로 취득한 하중 조건을 부여하여 최적화 해석을 실시하여 구한 접착 요소를 나타내는 도면이다.
도 31 은, 실시예에 있어서, 회전 도어 구성 부품을 설정한 차체 골격 모델에 배치한 접착 요소를 해석 대상으로 하고, 가상적인 하중 조건을 부여하여 최적화 해석을 실시하여 구한 접착 요소를 나타내는 도면이다.
도 32 는, 실시예에 있어서, 제약 조건으로서 구조용 접착제의 도포 길이를 변경한 최적화 해석에 의해 구한 접착 요소를 배치한 차체의 강성 향상률을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 일 실시형태에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 방법 및 최적화 장치를, 도 1 ∼ 도 16 을 참조하여 이하에 설명한다. 또한, 차체의 접착 위치의 최적화 방법 및 최적화 장치의 설명에 앞서, 본 발명에서 대상으로 하는 차체 골격 모델에 대하여 설명한다.
＜차체 골격 모델＞
본 발명에서 사용하는 차체 골격 모델은, 섀시 (chassis) 부품 등의 복수의 부품으로 구성된 것으로, 차체 골격 모델의 각 부품은, 평면 요소 및/또는 입체 요소를 사용하여 모델화된 것이다. 또, 본 발명에서 사용하는 차체 골격 모델은, 각 부품을 부품 세트로서 용접할 용접부와, 의장품 또는 덮개물을 고정 또는 연결하는 고정 연결부 (fixed connecting portion) 와, 서스펜션 기구 (suspension structure) 나 스티어링 기구 (steering structure) 를 구비한 차체 모델과 접속하는 접속부를 갖는다.
도 2 ∼ 도 4 에, 차체 골격 모델 (31) 의 일례를 나타낸다. 차체 골격 모델 (31) 에는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 부품 세트마다 용접하는 용접부 (33) 가 미리 설정되어 있다. 또한, 본 발명에 관련된 차체 골격 모델에 미리 설정되어 있는 용접부 (33) 는, 스폿 용접된 용접점이나, 아크 용접 (arc welding) 이나 레이저 용접 (laser welding) 에 의해 연속 용접된 것도 포함한다.
또, 차체 골격 모델 (31) 에 있어서는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 덮개물로서의 회전 도어를 고정 또는 연결하는 고정 연결부 (35) 인 힌지 (hinge) (35a), 힌지 (35b) 및 스트라이커 (striker) (35c) 가 설정되어 있다.
본 발명에 관련된 차체 골격 모델의 고정 연결부는 이것들에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 엔진을 고정시키는 엔진 마운트 (engine mount) 등의 의장품을 고정시키는 것이나, 회전 도어 이외의 슬라이드 도어 (slide door) 나 보닛 (bonnet) 등과 같은 덮개물을 고정 또는 연결하는 것을 포함한다.
또한, 차체 골격 모델 (31) 에 있어서는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 타이어 (tire), 서스펜션 아암 (suspension arm), 서스펜션 스프링 (suspension spring), 쇼크 업소버 (shock absorber) 등을 갖는 서스펜션 기구와, 스티어링 핸들 (steering wheel) 등을 갖는 스티어링 기구를 구비한 차대 모델 (51) (도 5 참조) 과 접속하는 접속부 (도 4 중의 Node 1 ∼ Node 12) 가 미리 설정되어 있다. 도 4 에 있어서는, 프론트측에 6 개 지점 (Node 1, 2, 7, 8, 9 및 10), 리어측에 6 개 지점 (Node 3, 4, 5, 6, 11, 12) 의 접속부가 설정되어 있다. 또한, 도 4 에 있어서, X 축은 차체 전후 방향, Y 축은 차체 폭 방향, Z 축은 차체 높이 방향을 나타낸다 (이하의 도면에 있어서도 동일).
또한, 차체 골격 모델 (31) 은, 하중이나 관성력 (inertia force) 이 작용했을 때의 변형 거동 (deformation behavior) 등을 해석하기 위해, 탄성체 (elastic body) 혹은 점탄성체 (viscoelastic body) 또는 탄소성체 (elastic-plastic body) 로서 모델화된 것이다. 또, 차체 골격 모델 (31) 의 접속부에 접속되는 차대 모델 (51) (도 5) 도, 서스펜션 아암 등의 부품 (링크) 을 강체, 탄성체 또는 탄소성체로, 또, 타이어나 서스펜션 스프링을 탄성체 혹은 점탄성체 또는 탄소성체로서 모델화한 것이다.
차체 골격 모델 (31) 을 구성하는 각 부품의 요소 정보 등이나, 각 부품 세트에 있어서의 용접부 (33) (도 2), 의장품 또는 덮개물을 고정 또는 연결하는 고정 연결부 (35) (도 3), 서스펜션 기구와 접속하는 접속부 (도 4) 등에 관한 정보는, 차체 골격 모델 파일 (30) (도 1 참조) 에 격납되어 있다.
＜차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치＞
본 발명의 실시형태에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치 (1) (이하, 간단히 「최적화 해석 장치 (1)」라고 한다) 의 구성에 대하여, 주로 도 1 에 나타내는 블록도에 기초하여 이하에 설명한다.
최적화 해석 장치 (1) 는, 차체 골격 모델 (31) (도 2 ∼ 도 4 참조) 을 구성하는 복수의 부품을 부품 세트로서 접합하는 용접과 병용하여 구조용 접착제로 접착할 최적의 위치를 구하는 장치로, PC (퍼스널 컴퓨터) 등에 의해 구성되고, 표시 장치 (display device) (3), 입력 장치 (input device) (5), 기억 장치 (memory storage) (7), 작업용 데이터 메모리 (working data memory) (9) 및 연산 처리부 (arithmetic processing unit) (11) 를 가지고 있다. 그리고, 표시 장치 (3), 입력 장치 (5), 기억 장치 (7) 및 작업용 데이터 메모리 (9) 는, 연산 처리부 (11) 에 접속되어, 연산 처리부 (11) 로부터의 지령에 의해 각각의 기능이 실행된다.
≪표시 장치≫
표시 장치 (3) 는, 해석 결과 등의 표시에 사용되며, 액정 모니터 등으로 구성된다.
≪입력 장치≫
입력 장치 (5) 는, 차체 골격 모델 파일 (30) 의 표시 지시나 조작자의 조건 입력 등에 사용되며, 키보드나 마우스 등으로 구성된다.
≪기억 장치≫
기억 장치 (7) 는, 차체 골격 모델 파일 (30) 등의 각종 파일의 기억 등에 사용되며, 하드 디스크 등으로 구성된다.
≪작업용 데이터 메모리≫
작업용 데이터 메모리 (9) 는, 연산 처리부 (11) 에서 사용할 데이터의 일시 보존이나 연산에 사용되며, RAM (Random Access Memory) 등으로 구성된다.
≪연산 처리부≫
연산 처리부 (11) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 차량 모델 생성부 (13) 와, 주행 해석부 (15) 와, 접착 후보 위치 설정부 (17) 와, 최적화 해석 조건 설정부 (19) 와, 최적화 해석부 (21) 를 갖고, PC 등의 CPU (중앙 연산 처리 장치 (central processing unit)) 에 의해 구성된다. 이들의 각 부는, CPU 가 소정의 프로그램을 실행함으로써 기능한다.
이하, 연산 처리부 (11) 내의 각 부의 기능을 설명한다. 또한, 연산 처리부 (11) 의 각 부의 기능에 있어서의 구체적인 처리 내용에 대해서는, 후술하는 ＜차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법＞ 에서 설명한다.
(차량 모델 생성부)
차량 모델 생성부 (13) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 부품 세트로서 용접할 용접부가 미리 설정되고, 도 5 및 도 6 에 나타내는 바와 같이, 차체 골격 모델 (31) 에 의장품 또는 덮개물로서의 회전 도어 구성 부품 (43) 이 설정된 차체 골격 모델 (41) 에 서스펜션 기구나 스티어링 기구 등을 갖는 차대 모델 (51) 을 접속하여 차량 모델 (61) 을 생성하는 것으로, 차체 골격 모델 (41) 이 갖는 접속부 (도 4 중의 Node 1 ∼ 12 에 상당) 를 개재하여 차대 모델 (51) 과 접속한다.
도 5 및 도 6 은, 의장품 또는 덮개물이 설정된 차체 골격 모델 (41) 의 일례로서, 덮개물인 회전 도어 구성 부품 (43) 이 설정된 것이지만, 본 발명에 관련된 차량 모델 생성부는, 의장품 또는 덮개물에 상당하는 질량을 설정한 차체 골격 모델을 사용하여 차량 모델을 생성하는 것이어도 된다.
의장품 또는 덮개물에 상당하는 질량을 설정한 차체 골격 모델 (71) 의 일례를 도 7 에 나타낸다. 도 7 에 나타내는 차체 골격 모델 (71) 은, 차체 골격 모델 (31) 의 고정 연결부 (35) 에 회전 도어 구성 부품 (43) 이 고정 또는 연결되는 영역 내의 소정 위치에 회전 도어 구성 부품 (43) 의 질량에 상당하는 질량 요소 (73) 를 설정한 것이다.
질량 요소 (73) 를 설정하는 소정 위치는, 복수의 고정 연결부 (35) 중 1 세트 (힌지 (35a) 와 스트라이커 (35c), 힌지 (35b) 와 스트라이커 (35c)) 를 연결하는 직선 상, 혹은, 덮개물 등이 장착된 차체의 형상을 따라 고정 연결부 (35) 를 연결하는 곡선 상으로 할 수 있다. 도 7 에 예시하는 차체 골격 모델 (71) 에 있어서는, 힌지 (35a) 와 스트라이커 (35c) 를 연결하는 직선의 중점에 질량 요소 (73) 가 설정되어 있다.
하지만, 상기 의장품 또는 덮개물에 상당하는 질량을 설정하는 소정 위치는, 상기 직선 혹은 상기 곡선의 선 상에 한정되는 것은 아니고, 힌지 (35a) 와 힌지 (35b) 를 연결하는 직선을 제외하고, 상기 직선으로 둘러싸인 평면 상, 혹은, 상기 곡선으로 둘러싸인 곡면 상으로 해도 된다.
또, 차체 골격 모델에 미리 설정된 4 점의 고정 연결부로 의장품이 고정 또는 연결되는 경우에는, 2 개의 직선이 서로 교차하도록 상기 고정 연결부끼리를 직선으로 연결하고, 그 직선 상에 질량 요소를 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서도, 상기 4 점의 고정 연결부 중 힌지끼리를 제외한 2 개를 차체가 갖는 곡률에 맞춰 곡선으로 접속하고, 그 곡선 상 또는 그 곡선으로 둘러싸인 곡면 상에 질량 요소를 설정해도 된다.
의장품 또는 덮개물에 상당하는 질량을 차체 골격 모델의 소정 위치로 설정하는 구체적인 질량 설정 방법으로서, 예를 들어, 이하의 (1), (2) 및 (3) 이 있다.
(1) 상기 소정 위치에 의장품 또는 덮개물의 질량에 상당하는 질량을 갖는 질량 요소 (73) 를 설정하고, 질량 요소 (73) 와 고정 연결부 (35) 를 강체 요소 (75) 를 사용하여 접속한다 (도 7 참조).
도 7 은, 고정 연결부 (35) 를 연결하는 직선의 중심 상에 1 개의 질량 요소 (73) 를 설정한 예인데, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 상기 직선을 균등하게 분할하는 점 상에 복수 개의 질량 요소 (73) 를 설정해도 된다. 복수 개의 질량 요소 (73) 를 설정하는 경우, 각 질량 요소 (73) 의 질량의 총합이 상기 의장품 또는 덮개물의 질량에 상당하도록, 각 질량 요소 (73) 의 질량을 결정하면 된다.
(2) 상기 소정 위치에 의장품 또는 덮개물의 질량에 상당하는 질량의 질량 요소 (mass element) 를 설정하고, 그 질량 요소와 고정 연결부를 빔 요소 (beam element) 를 사용하여 접속한다. 이 경우, 질량 요소와 빔 요소 각각의 질량의 합은, 고정 연결부에 고정 또는 연결되는 상기 의장품 또는 덮개물의 질량에 상당하도록 설정한다.
빔 요소의 질량은, 빔 요소의 단면 특성으로서 주어지는 단면적 및 재료 특성 (material property) 으로서 주어지는 재료 밀도 (element density) 에 의해 정해진다. 빔 요소의 단면적은, 예를 들어, 빔 요소의 반경을 부여함으로써 결정된다.
또한, 빔 요소를 사용하여 질량 요소를 접속하는 경우에는, 후술하는 주행 해석부 (15) 에 의한 주행 해석에 있어서 질량 요소 및 빔 요소에 작용하는 관성력에 의한 하중이 차체 골격 모델에 전달하기 위해 필요한 단면 특성 및 재료 특성을 빔 요소에 적절히 설정할 필요가 있다.
또한, 빔 요소는, 선상의 요소로, 그 요소의 축 방향으로 작용하는 인장 압축 하중 (tension and compression load) 을 전달할 수 있는 것이라면 로드 요소 (봉 요소 (bar element)) 여도 되고, 그 로드 요소의 질량은, 빔 요소와 마찬가지로, 단면 특성으로서 주어지는 단면적 (또는 반경), 및, 재료 특성으로서 주어지는 재료 밀도에 의해 설정된다.
(3) 의장품 또는 덮개물의 질량에 상당하는 질량을 갖는 빔 요소를 사용하여 설정한다.
빔 요소의 질량은, 빔 요소의 단면 특성으로서 주어지는 단면적 및 재료 특성으로서 주어지는 재료 밀도에 의해 정해지고, 예를 들어, 빔 요소의 반경을 부여함으로써 상기 단면적이 결정된다.
(주행 해석부)
주행 해석부 (15) 는, 차량 모델 생성부 (13) 에 의해 생성된 차량 모델 (61) 을 해석 대상으로 하여 주행 해석을 실시하여, 주행시에 차체 골격 모델 (41) 에 있어서의 차대 모델 (51) 과의 접속부에 발생하는 하중 및/또는 변위를 하중 조건으로서 취득하는 것이다.
차량 모델 (61) 의 주행 해석에 있어서는, 차량 모델 (61) 의 구동 (drive) 이나 조타 등의 주행 조건 (driving condition) 을 설정할 필요가 있고, 설정하는 주행 조건으로는, 차량 모델 (61) 을 구동하기 위해 차량 모델 (61) 에 부여하는 하중이나, 차량 모델 (61) 을 조타하기 위해 차대 모델 (51) 이 구비하는 스티어링 핸들에 설정되는 조타각을 들 수 있다. 그리고, 주행 해석부 (15) 는, 설정된 주행 조건하에서 주행하고 있는 차량 모델 (61) 에 대하여, 차체 골격 모델 (41) 에 있어서의 차대 모델 (51) 과의 접속부에 발생한 하중이나 변위 등을 취득한다.
또한, 주행 해석부 (15) 로는, 시판되고 있는 차량의 주행 해석 소프트웨어를 사용할 수 있고, 이 경우, 차량 모델 생성부 (13) 에 있어서는, 당해 주행 해석 소프트웨어가 갖는 서스펜션 등의 컴포넌트를 조합한 차대 모델을 사용하여 차량 모델을 생성할 수 있다.
(접착 후보 위치 설정부)
접착 후보 위치 설정부 (17) 는, 차체 골격 모델 (31) 에 있어서 구조용 접착제로 접착할 후보가 되는 위치에 상기 구조용 접착제로서의 접착 요소를 배치하는 것이다. 도 9 에, 구조용 접착제로서 입체 요소로 이루어지는 접착 요소를 배치한 차체 골격 모델의 일례로서, 질량 요소 (73) 가 설정된 차체 골격 모델 (71) 에 대하여 구조용 접착제로 접착할 후보가 되는 위치에 접착 요소 (45) 를 배치한 차체 골격 모델 (47) 을 나타낸다.
차체 골격 모델 (47) 에 있어서의 접착할 후보가 되는 위치는, 차체 골격 모델 (71) (차체 골격 모델 (31)) 이 갖는 복수의 부품을 부품 세트로서 용접하는 부위 (예를 들어 플랜지부) 를 들 수 있다. 그리고, 접착 요소 (45) 는, 도 10(a) 에 나타내는 바와 같이 용접부 (33) 가 미리 설정되어 있는 부품 세트 (37) 에 대하여, 도 10(b) 에 나타내는 바와 같이 용접부 (33) 의 축선으로부터 오프셋한 위치에 연속적으로 배치한다.
여기에서, 도 11(a) 에 나타내는 바와 같이 플랜지부 (83a) 와 세로벽부 (83b) 를 갖는 부품 (83) 이 부품 (85) 과 스폿 용접되어 이루어지는 부품 세트 (81) 인 경우, 차체에 하중이 부하되어 주로 변형되기 쉬운 것은 플랜지부 (flange portion) (83a) 와 세로벽부 (side wall portion) (83b) 가 연속되는 R 부 (R portion) (83c) 이다. 그 때문에, 이와 같은 부품 세트 (81) 에 있어서는, 플랜지부 (83a) 에 있어서의 R 부 (83c) 측에 구조용 접착제를 도포함으로써 강성 향상에 대해 효과적이다. 그 때문에, 본 실시형태에 있어서도, 도 11(b) 에 나타내는 바와 같이, 용접부 (33) 보다 R 부 (83c) 측을 접착할 후보가 되는 위치로서 접착 요소 (45) 를 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 도 10 은, 용접부 (33) 의 축선으로부터 오프셋한 위치에 구조용 접착제를 도포하여 접착하는 경우인 것이었지만, 접착할 후보가 되는 위치는 이것에 한정되지 않고, 도 12 에 나타내는 부품 세트 (39) 와 같이, 미리 설정되어 있는 용접부 (33) 의 축선 상에 접착 요소 (45) 를 연속해서 배치 (용접부 (33) 에 중첩) 한 것이어도 된다. 예를 들어, 실제의 부품 세트에 대해 스폿 용접과 구조용 접착제를 병용하여 접합하는 경우에 당해 구조용 접착제에 전도성 (electric conductive) 을 갖게 하기 위해 금속 분말이 혼입되어 있으면, 구조용 접착제를 도포한 부위를 따라 스폿 용접했다고 해도, 공정상에 문제는 없다.
또, 상기와 같이 접착 요소를 연속적으로 배치하는 경우에는, 접착 요소의 폭이나 전체 길이, 혹은, 용접부에 대해 오프셋 (offset) 시키는 거리 등은 적절히 설정하면 된다. 또한, 상기의 예는, 접착 요소 (45) 를 연속해서 배치하는 것이었지만, 본 발명은, 접착 요소를 이산적 (discrete) 으로 배치한 것이어도 되고, 이 경우에 있어서는, 접착 요소의 개수나 접착 요소끼리의 간격 등을 적절히 설정하면 된다.
또, 접착 요소로는 입체 요소로 이루어지는 것이 바람직하지만, 접착 요소는 입체 요소에 한정되는 것은 아니고, 평면 요소 및/또는 빔 요소로 이루어지는 것이어도 된다.
(최적화 해석 조건 설정부)
최적화 해석 조건 설정부 (19) 는, 접착 요소 (45) 가 배치된 차체 골격 모델 (47) (도 9) 에 대해, 최적화 해석에 있어서 차체 골격 모델 (47) 에 부하하는 하중 조건을 포함하는 최적화 해석 조건을 설정하는 것이다.
차체 골격 모델 (47) 에 부하하는 하중 조건은, 주행 해석부 (15) 에 의해 취득한 하중 조건을 부여하면 된다. 혹은, 주행 해석부 (15) 에 의한 주행 해석을 실시하지 않는 경우에는, 실차량의 주행시에 차체에 작용하는 하중을 측정하거나, 또는, 상정한 가상적인 하중을 부여해도 된다.
또한, 최적화 해석 조건 설정부 (19) 는, 최적화 해석에 있어서의 최적화 해석 조건으로서, 목적 조건 (objective condition) 과 제약 조건 (constrained condition) 의 2 종류를 설정한다. 목적 조건은, 최적화 해석의 목적에 따라 설정되는 조건으로, 예를 들어, 변형 (strain) 에너지를 최소로 하는 것, 흡수 에너지 (absorbed energy) 를 최대로 하여 발생 응력 (stress) 을 최소로 하는 것 등이 있다. 제약 조건은, 최적화 해석을 실시하는 데에 있어서 부과하는 제약으로, 예를 들어, 차체 골격 모델 (47) 이 소정의 강성을 갖도록 하는 조건이나, 차체 골격 모델에 배치하는 접착 요소의 전체 길이 (구조용 접착제를 부품 세트에 도포하는 도포 길이에 상당) 등이 있다. 또한, 제약 조건은 복수 설정 가능하다.
(최적화 해석부)
최적화 해석부 (21) 는, 최적화 해석 조건 설정부 (19) 에 의해 최적화 해석 조건이 설정된 차체 골격 모델 (47) 의 접착 요소 (45) 를 해석 대상으로 하여 최적화 해석을 실시하여, 상기 최적화 해석 조건을 만족하는 접착 요소 (45) 의 위치를 구조용 접착제로 접착할 위치로서 구하는 것이다.
여기에서, 최적화 해석부 (21) 에 의한 최적화 해석에는, 예를 들어, 토폴로지 최적화를 적용할 수 있다. 토폴로지 최적화에 있어서 밀도법 (density method) 을 사용할 때에, 중간적인 밀도가 많은 경우에는 이산화 (discretization) 가 바람직하고, 이 경우에는 이하에 나타내는 수식 (1) 로 나타내어진다.
[수학식 1]
K'(ρ) ＝ ρpK
단,
K' : 요소의 강성 매트릭스 (stiffness matrix) 에 페널티 (penalty) 를 부과한 강성 매트릭스
K : 요소의 강성 매트릭스
ρ : 규격화 (normalization) 된 밀도
p : 페널티 계수
이산화에 자주 사용되는 패널티 계수는 2 이상이고, 본 발명에 관련된 접착 위치의 최적화에 있어서, 패널티 계수의 값은 적절히 설정하면 된다.
그리고, 토폴로지 최적화에 의해, 최적화 해석 조건 설정부 (19) 에서 설정된 최적화 해석 조건 (목적 조건, 제약 조건, 하중 조건) 을 만족하지 않는 접착 요소는 소거되고, 그 최적화 해석 조건을 만족하는 유의한 접착 요소가 잔존하므로, 그 잔존한 접착 요소의 위치를 구조용 접착제로 접착할 위치로서 결정할 수 있다.
예를 들어, 도 10(b) 와 같이 연속적으로 배치한 접착 요소 (45) 를 해석 대상으로 하여 최적화 해석을 실시하여, 도 10(c) 에 나타내는 바와 같이, 최적화 해석 조건을 만족하는 접착 요소 (45a) 가 잔존하고 나머지 접착 요소 (45b) 가 소거된 경우, 잔존한 접착 요소 (45a) 의 위치를 구조용 접착제로 접착할 위치로서 구하면 된다. 또, 도 12(b) 에 나타내는 바와 같이 용접부 (33) 에 중첩하도록 접착 요소 (45) 를 배치한 경우에 있어서도, 최적화 해석 조건을 만족하도록 잔존한 접착 요소 (45a) 의 위치를 구조용 접착제로 접착할 위치로서 구하면 된다.
또한, 최적화 해석부 (21) 는, 토폴로지 최적화 처리를 실시하는 것이어도 되고, 다른 계산 방식에 의한 최적화 처리여도 된다. 그리고, 최적화 해석부 (21) 로는, 예를 들어 시판되고 있는 유한 요소법 (finite element method) 을 사용한 해석 소프트를 사용할 수 있다.
또, 최적화 해석부 (21) 는, 자동차의 주행시에 있어서 회전 도어 구성 부품 (43) 또는 질량 요소 (73) 에 작용하는 관성력을 관성 릴리프법 (inertia relief method) 에 의해 고려하여 최적화 해석을 실시하면 된다. 관성 릴리프법이란, 관성력의 좌표의 기준이 되는 지지점에 있어서 물체가 지지된 상태 (자유 지지 (free support) 상태) 에서 등가속도 운동 (uniformly accelerated motion) 중의 물체에 작용하는 힘으로부터 응력 (stress) 이나 변형을 구하는 해석 수법으로, 운동 중의 비행기나 배의 정해석 (static analysis) 에 사용되고 있다.
＜차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법＞
본 실시형태에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 (이하, 간단히 「최적화 해석 방법」이라고 한다) 에 대하여, 이하에 설명한다.
본 실시형태에 관련된 최적화 해석 방법은, 평면 요소 및/또는 입체 요소로 이루어지는 복수의 부품을 가지고 이루어지고, 그 복수의 부품을 부품 세트로서 용접할 용접부 (33) 가 미리 설정되어 있는 차체 골격 모델 (31) 을 사용하여, 상기 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 상기 부품 세트를 접착할 최적의 위치를 구하는 것으로서, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 차량 모델 생성 스텝 S1 과, 주행 해석 스텝 S3 과, 접착 후보 위치 설정 스텝 S5 와, 최적화 해석 조건 설정 스텝 S7 과, 최적화 해석 스텝 S9 를 포함한다. 이하, 각 스텝에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 각 스텝 모두 컴퓨터에 의해 구성된 최적화 해석 장치 (1) 를 사용하여 실행하는 것으로 하고 있다.
≪차량 모델 생성 스텝≫
차량 모델 생성 스텝 S1 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 부품 세트로서 용접할 용접부가 미리 설정되고, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 회전 도어 구성 부품 (43) 이 설정된 차체 골격 모델 (41) 과, 서스펜션 기구나 스티어링 기구 등을 갖는 차대 모델 (51) 을 접속하여, 차량 모델 (61) 을 생성하는 스텝으로, 최적화 해석 장치 (1) 에 있어서는 차량 모델 생성부 (13) 가 실시하는 것이다.
차체 골격 모델 (41) 에 있어서의 차대 모델 (51) 의 접속 위치는, 서스펜션이나 서브프레임 (sub-frame) 이 장착되는 부위 (접속부) 이다. 차체 골격 모델 (41) 에 있어서의 접속부로는, 차체 골격 모델 (31) 에 미리 설정된 접속부 (도 4 중의 Node 1 ∼ 12) 를 사용할 수 있다.
또한, 도 5 에 나타내는 차체 골격 모델 (41) 은, 덮개물로서 회전 도어 구성 부품 (43) 이 설정된 것으로, 회전 도어 구성 부품 (43) 과 같은 덮개물이나, 의장품의 형상 등이 이미 결정되어 있는 경우에는, 이것들을 모델화한 것을 차체 골격 모델 (31) 로 설정한다. 다만, 덮개물의 디자인이나 의장품의 형상이 아직 결정되어 있지 않은 경우에 있어서는, 전술한 도 7 에 나타내는 바와 같이, 의장품 또는 덮개물에 상당하는 질량의 질량 요소 (73) 를 설정한 차체 골격 모델 (71) 을 사용해도 된다.
≪주행 해석 스텝≫
주행 해석 스텝 S3 은, 차량 모델 생성 스텝 S1 에서 생성된 차량 모델 (61) 을 사용하여, 임의로 설정된 주행 조건하에서 차량 모델 (61) 의 주행 해석을 실시하여, 주행시에 차체 골격 모델 (41) 에 있어서의 차대 모델 (51) 과의 접속부에 발생하는 하중 및/또는 변위를 하중 조건으로서 취득하는 주행시에 있어서의 차체 특성을 취득하는 스텝이다.
주행 해석 스텝 S3 에 있어서 설정되는 주행 조건으로는, 예를 들어, 차량 모델 (61) 의 구동과 조타 등이 있다. 차량 모델 (61) 은, 예를 들어 차량 모델 (61) 에 하중을 부여함으로써 구동되고, 차량 모델 (61) 을 가속 주행 (accelerated driving) 이나 정속 주행 (constant speed driving) 시킬 수 있다. 또, 차량 모델 (61) 의 조타는, 예를 들어, 차대 모델 (51) 이 구비하는 스티어링 핸들의 조타각을 제어하고, 스티어링 기구를 개재하여 실시할 수 있다.
도 14 에, 주행 해석에 있어서의 주행 조건의 일례로서, 주행 중에 차선 이행 (lane migration) 을 2 회 연속해서 실시하는 더블 레인 체인지에 있어서의 스티어링 핸들의 조타각 (도 14(a)) 과, 그 조타각을 부여했을 때의 차량 모델 (61) 의 주행 궤적 (runnig locus) (도 14(b)) 을 나타낸다.
그리고, 주행 해석 스텝 S3 에 있어서는, 설정된 주행 조건하에서 주행 상태에 있는 차량 모델 (61) 에 있어서의 차체 특성으로서, 차체 골격 모델 (41) 에 있어서의 차대 모델 (51) 과의 접속부 (도 4 중의 Node 1 ∼ 12) 에 발생하는 하중 및/또는 변위를 취득한다.
또한, 주행하고 있는 차량 모델 (61) 에 있어서는, 차체 골격 모델 (41) 의 접속부에 발생하는 하중은 차량의 거동과 함께 변화하지만, 주행 해석 스텝 S3 에 있어서는, 주행 해석에 있어서의 차량의 거동과 각 접속부에 발생하는 하중의 결과에 기초하여, 차체 골격 모델 (41) 에 있어서의 접속부에 발생한 하중을 적절히 취득할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 주행 해석 스텝 S3 에 있어서는, 의장품 또는 덮개물이 설정된 차체 골격 모델 (41) 과 차대 모델 (51) 을 접속한 차량 모델 (61) 을 사용하여 차량의 주행 해석을 실시하기 때문에, 주행시에 있어서 의장품 또는 덮개물에 작용하는 관성력을 고려하여, 하중 또는 변위를 취득할 수 있다.
단, 본 발명에 관련된 주행 해석 스텝은, 의장품 또는 덮개물이 설정된 차체 골격 모델 (41) 과 차대 모델 (51) 을 접속한 차량 모델 (61) 을 사용하여 주행 해석을 실시하는 것에 한정되지 않고, 의장품 또는 덮개물에 상당하는 질량을 설정한 차체 골격 모델 (71) (도 7) 을 차대 모델 (51) 과 접속한 차량 모델 (도시 없음) 을 사용하여 주행 해석을 실시하는 것이어도 된다.
≪접착 후보 위치 설정 스텝≫
접착 후보 위치 설정 스텝 S5 는, 차체 골격 모델 (31) 에 대하여, 부품 세트로서 접착할 후보가 되는 위치에 접착 요소 (45) 를 배치하는 것으로, 도 1 에 나타내는 최적화 해석 장치 (1) 에 있어서는 접착 후보 위치 설정부 (17) 가 실시한다. 도 9 에, 접착할 후보가 되는 위치에 접착 요소를 배치한 일례로서, 질량 요소 (73) 가 설정된 차체 골격 모델 (71) 에 입체 요소로 이루어지는 접착 요소 (45) 를 연속해서 배치한 것을 나타낸다.
접착 후보 위치 설정 스텝 S5 에 있어서 배치하는 접착 요소 (45) 는, 전술한 도 10 에 나타내는 바와 같이, 부품 세트 (37) 에 미리 설정되어 있는 용접부 (33) 의 축선으로부터 오프셋한 위치에 연속적으로 배치하는 것이나, 전술한 도 12 에 나타내는 바와 같이, 용접부 (33) 의 축선 상에 접착 요소 (45) 를 연속적으로 배치한 것이어도 된다. 이와 같이 접착 요소 (45) 를 연속적으로 배치하는 경우에는, 접착 요소 (45) 의 폭이나 연속 배치하는 길이, 용접부 (33) 로부터 오프셋시키는 거리 등은, 적절히 설정하면 된다.
하지만, 접착 후보 위치 설정 스텝 S5 는, 접착 요소 (45) 를 연속해서 배치하는 것에 한정되지 않고, 접착 요소 (45) 를 이산적으로 배치한 것이어도 되고, 이 경우에 있어서는, 접착 요소의 개수나 접착 요소끼리의 간격 등을 적절히 설정하면 된다.
또, 접착 요소로는 입체 요소로 이루어지는 것이 바람직하지만, 접착 요소는 입체 요소에 한정되는 것은 아니고, 평면 요소로 이루어지는 것이어도 된다.
≪최적화 해석 조건 설정 스텝≫
최적화 해석 조건 설정 스텝 S7 은, 접착 요소 (45) 가 배치된 차체 골격 모델 (31) 에 대해, 최적화 해석에 있어서 차체 골격 모델 (31) 에 부하하는 하중 조건을 포함하는 최적화 해석 조건을 설정하는 것으로, 최적화 해석 장치 (1) 에 있어서는 조작자의 지시에 의해 최적화 해석 조건 설정부 (19) 가 실시한다.
최적화 해석 조건 설정 스텝 S7 에 있어서 최적화 해석 조건에 포함되는 하중 조건은, 주행 해석 스텝 S3 에 있어서 취득한 하중 조건을 부여하면 된다. 혹은, 주행 해석 스텝 S3 에 있어서 주행 해석을 실시하지 않는 경우에는, 차량의 주행시에 차체에 작용하는 하중을 측정하거나, 상정되는 가상적인 하중을 차체 골격 모델의 접속부에 부여해도 된다.
또, 최적화 해석 조건 설정 스텝 S7 에 있어서 설정되는 최적화 해석 조건으로는, 목적 조건과 제약 조건의 2 종류가 있으며, 최적화 해석의 목적에 따라 적절히 설정한다.
≪최적화 해석 스텝≫
최적화 해석 스텝 S9 는, 접착 후보 위치 설정 스텝 S5 에 있어서 접착의 후보가 되는 위치에 접착 요소 (45) 가 배치된 차체 골격 모델 (31) (도 9 참조) 에 대하여 최적화 해석을 실시하여, 최적화 해석 조건 설정 스텝 S7 에서 설정된 최적화 해석 조건을 만족하는 접착 요소 (45) 를 구하고, 그 구한 접착 요소 (45) 의 위치를 구조용 접착제로 접착할 위치로 하는 것으로, 최적화 해석 장치 (1) 에 있어서는 최적화 해석부 (21) 가 실시한다.
예를 들어 도 10 에 나타내는 부품 세트 (37) 에 있어서, 최적화 해석 스텝 S9 에서는, 부품 세트 (37) 에 설정된 접착 요소 (45) 에 대해 최적화 해석을 실시하면, 도 10(c) 에 나타내는 바와 같이, 최적화 해석 조건을 만족하는 접착 요소 (45a) 는 잔존하고, 최적화 해석 조건을 만족하지 않는 접착 요소 (45b) 는 최적화 해석의 과정에 있어서 소거된다. 이로부터, 잔존한 접착 요소 (45a) 의 위치를 구조용 접착제로 접착할 위치로서 구할 수 있다.
최적화 해석 스텝 S9 에 있어서의 최적화 해석에는, 토폴로지 최적화를 적용할 수 있다. 또한, 토폴로지 최적화에 있어서 밀도법을 적용하는 경우, 요소의 패널티 계수를 4 이상으로 설정하여 이산화를 실시하도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 최적화 해석에 있어서, 자동차의 주행시에 의장품 또는 덮개물에 작용하는 관성력은 관성 릴리프법을 사용하여 고려하면 된다.
이상, 본 실시형태에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 최적화 해석 장치에 의하면, 복수의 부품을 부품 세트로서 용접할 용접부가 미리 설정되어 있는 차체 골격 모델과 차대 모델을 접속한 차량 모델에 의해 주행 해석을 실시하여, 그 주행 해석에 의해 주행시에 있어서 차체 골격 모델에 있어서의 차대 모델과의 접속부에 발생하는 하중 조건을 취득하고, 구조용 접착제로 접착할 후보가 되는 위치에 상기 구조용 접착제로서의 접착 요소를 배치하고, 상기 주행 해석에 의해 취득한 상기 접속부에 발생하는 하중 조건을 부여하여 그 접착 요소를 최적화의 해석 대상으로 하여 최적화 해석을 실시함으로써, 주행시에 있어서의 자동차의 강성을 향상시키기 위해 구조용 접착제로 접착할 최적의 위치를 양호한 정밀도로 구할 수 있다.
여기에서, 본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 최적화 해석 장치는, 주행 해석에 있어서 의장품 또는 덮개물을 설정, 혹은, 의장품 또는 덮개물에 상당하는 질량 요소를 설정하고, 최적화 해석에 있어서도 의장품 또는 덮개물 혹은 질량 요소가 설정된 차체 골격 모델에 접착 요소를 배치하는 것에 한정하는 것은 아니다. 즉, 최적화 해석에 있어서는, 의장품 또는 덮개물을 설정한 차체 골격 모델이나, 의장품 또는 덮개물에 상당하는 질량을 설정한 차체 골격 모델을 사용하는 것을 반드시 필요로 하는 것은 아니고, 의장품 또는 덮개물이나 그 의장품 또는 덮개물에 상당하는 질량이 설정되어 있지 않은 차체 골격 모델에 접착 요소를 배치하고, 최적화 해석을 실시하는 것이어도 된다. 단, 의장품 또는 덮개물이나 그 의장품 또는 덮개물에 상당하는 질량이 설정되어 있지 않은 차체 골격 모델을 사용하여 최적화 해석을 실시하는 경우에는, 최적화 해석 조건으로서 주행 해석에 의해 취득한 하중 조건을 부여하는 것으로 한다.
또, 본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 최적화 해석 장치는, 주행 해석에 있어서 의장품 또는 덮개물을 설정, 혹은, 의장품 또는 덮개물에 상당하는 질량을 설정하여 하중 조건을 취득하고, 그 취득한 하중 조건을 최적화 해석 조건으로서 부여하는 것이라면, 최적화 해석에 있어서는, 의장품 또는 덮개물, 혹은, 의장품 또는 덮개물에 상당하는 질량을 설정하지 않는 차체 골격 모델을 사용해도 된다.
또한, 상기의 설명은, 주행 해석에 의해 취득한 하중을 하중 조건으로서 부여하는 것이었지만, 본 발명은, 주행 해석을 실시하지 않고 차량 주행시에 차체 골격 모델에 작용하는 하중을 측정하거나, 가상적인 하중 조건을 부여하여 최적화 해석을 실시하도록 한 것이어도 된다.
이 경우, 본 발명의 다른 실시형태에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치로서, 도 15 에 나타내는 바와 같이, 접착 후보 위치 설정부 (17) 와, 최적화 해석 조건 설정부 (19) 와, 최적화 해석부 (21) 를 구비하여 이루어지는 최적화 해석 장치 (23) 를 예시할 수 있다. 마찬가지로, 본 발명의 다른 실시형태에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법으로는, 도 16 에 나타내는 바와 같이, 접착 후보 위치 설정 스텝 S5 와, 최적화 해석 조건 설정 스텝 S7 과, 최적화 해석 스텝 S9 를 포함하는 것을 예시할 수 있다. 또한, 최적화 해석에 있어서 부여하는 가상적인 하중 조건의 구체예에 대해서는, 후술하는 실시예에서 설명한다.
또한, 본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 최적화 해석 장치는, 스폿 용접의 점 용접이나 레이저 용접 또는 아크 용접 등의 연속 용접과 병용하여 구조용 접착제로 접착할 최적의 위치를 구하는 경우에 적용할 수 있다. 또한, 구조용 접착제로는, 영률 (Young's modulus) 이 2 ∼ 4 ㎬ 인 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 효과를 확인하는 실험을 실시하였으므로, 이에 대하여 설명한다. 실험에서는, 먼저, 도 2 ∼ 도 4 에 나타내는 차체 골격 모델 (31) 을 사용하여, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 차체 골격 모델 (31) 에 덮개물로서의 회전 도어 구성 부품이 고정 또는 연결되는 영역 내의 소정 위치에 회전 도어 구성 부품 (43) 에 상당하는 질량 요소 (73) 를 설정하였다.
본 실시예에서 사용한 차체 골격 모델 (31) 은, 각 부품을 부품 세트로서 용접할 부위에 형성된 용접부 (33) (도 2 참조) 와, 의장품 또는 덮개물을 고정 또는 연결하는 고정 연결부 (35) (도 3 참조) 와, 서스펜션 기구 등을 갖는 차대 모델 (51) (도 5 참조) 과 접속하는 접속부 (도 4 중의 Node 1 ∼ 12) 를 갖는 것으로, 차체 골격 모델 (31) 의 질량은 약 300 ㎏ 인 데에 반해, 회전 도어 구성 부품 (43) 의 질량은 4 장에 약 79 ㎏ 이었다.
그래서, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 상측의 힌지 (35a) 와 스트라이커 (35c) 를 연결하는 직선 상에 10 개의 질량 요소 (73) 를 균등하게 배치하고, 질량 요소 (73) 끼리, 질량 요소 (73) 와 힌지 (35a) 및 질량 요소 (73) 와 스트라이커 (35c) 를 강체 요소 (75) 로 접속함으로써, 회전 도어 구성 부품에 상당하는 질량을 설정한 차체 골격 모델 (77) 을 생성하였다. 여기에서, 각 질량 요소 (73) 의 질량은, 그 총합이 상기 회전 도어 구성 부품의 질량과 동일해지도록 설정하였다.
다음으로, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 차체 골격 모델 (77) 과 차대 모델 (51) 을 접속함으로써 차량 모델 (61) 을 생성하여, 주행 해석을 실시하였다. 차량 모델 (61) 의 생성시에, 차체 골격 모델 (77) 과 차대 모델 (51) 은, 차체 골격 모델 (31) 에 미리 설정되어 있었던 접속부 (도 4, Node 1 ∼ 12) 를 개재하여 접속하였다.
주행 해석에 있어서의 차량 모델 (61) 의 주행 조건은, 도 14 에 나타내는 더블 레인 체인지로 하였다. 즉, 주행 개시부터 1.0 sec 까지, 차량 모델 (61) 에 하중을 주어 50 km/h 까지 가속하고, 그 후에는 가속 없이 정속 주행시켰다. 이어서, 레인 체인지가 되는 조타각을 도 14 에 나타내는 바와 같이 부여하고, 1.0 sec 인 시점에서 핸들을 꺾기 시작하여 차선을 변경하고, 5.0 sec 인 시점에서 원래의 차선으로 되돌아갈 때까지를 시뮬레이트하였다.
그리고, 상기의 주행 조건하에서의 주행 해석에 의해, 차량 모델 (61) 의 주행시에 있어서 차체 골격 모델 (77) 과 차대 모델 (51) 의 접속부 (Node 1 ∼ 12) 에 발생하는 하중을 취득하였다.
도 17 에, 주행 해석에 의해 취득한 차량 프론트측의 접속부 (Node 1, 2, 7 ∼ 10) 에 발생한 하중의 결과를 나타낸다. 도 17(a) 는 주행 해석에 있어서의 스티어링의 조타각, 도 17(b) 는 차량 모델 (61) 의 주행 궤적, 도 17(c) 는 하중을 취득하는 프론트측의 접속부 (Node 1, 2, 7 ∼ 10) 의 위치, 도 17(d) 는 접속부 중 Node 7 및 8 에 발생한 Y 방향 (차폭 방향) 의 하중의 시간 경과적 변화, 도 17(e) 는 주행 개시부터 t ＝ 1.14 sec 경과시에 각 접속부에서 발생한 하중의 방향과 크기를 나타낸 것이다.
도 18 에, 주행 해석에 의해 취득한 차량 리어측의 접속부 (Node 3 ∼ 6, 11, 12) 에 있어서의 하중을 나타낸다. 도 18(a) 는 주행 해석에 있어서의 스티어링의 조타각, 도 18(b) 는 차량 모델 (61) 의 주행 궤적, 도 18(c) 는 하중을 취득하는 리어측의 접속부 (Node 3 ∼ 6, 11, 12) 의 위치, 도 18(d) 는 접속부 중 Node 11 및 12 에 발생한 Y 방향 (차폭 방향) 의 하중의 시간 경과적 변화, 도 18(c) 는 주행 개시부터 t ＝ 1.37 sec 경과시에 각 접속부에서 발생한 하중의 방향과 크기를 나타낸 것이다.
도 17 및 도 18 로부터, 각 접속부에 발생하는 하중에 차이가 보이고 (도 17(d) 및 도 18(d)), 또, 하중의 크기와 방향은 접속부의 위치마다 상이하다 (도 17(e) 및 도 18(e)).
또한, 본 실시예에서는, 프론트측의 접속부 (Node 1, 2, 7 ∼ 10) 에 대해서는, 주행 개시부터 t ＝ 1.14 sec 경과시에 있어서의 하중 (도 17), 리어측의 접속부 (Node 3 ∼ 6, 11, 12) 에 대해서는, 주행 개시부터 t ＝ 1.37 sec 경과시에 있어서의 하중 (도 18) 각각을, 주행시에 있어서 접속부에 발생한 하중으로서 특정하였다.
또한, 상기의 하중을 특정하는 경과 시간은, 주행 해석에 있어서 핸들을 꺾기 시작한 직후로 하고, 또, 리어측에 대해서는 프론트측에 비해 약간 늦은 시간으로 했지만, 하중을 특정하는 시간에 대해서는, 주행 해석에 있어서의 차량의 거동과 각 접속부에 발생하는 하중의 결과에 기초하여, 적절히 선택할 수 있다.
본 실시예에서는, 회전 도어 구성 부품의 질량을 설정하지 않는 차체 골격 모델 (31) (도 19(a)), 및 회전 도어 구성 부품 (43) 을 설정한 차체 골격 모델 (41) (도 19(b)) 에 대해서도, 질량 요소 (73) 를 설정한 차체 골격 모델 (77) (도 8) 과 마찬가지로 차대 모델 (51) 과 접속하여 차량 모델을 각각 생성하여 주행 해석을 실시하여, 차대 모델 (51) 과의 접속부에 발생하는 하중을 취득하였다.
도 20(a), (b) 는, 질량 요소 (73) 를 설정한 차체 골격 모델 (77) 을 사용한 주행 해석에 의해 취득한 프론트측의 접속부 (Node 1, 2, 7 ∼ 10) 에 발생한 하중의 크기와 방향 (도 17(e)) 을 표시한 것으로, 각 접속부에 있어서의 하중의 값은 도 20(b) 에 나타내는 바와 같다.
도 21(a), (b) 는, 질량 요소 (73) 를 설정한 차체 골격 모델 (77) 을 사용한 주행 해석에 의해 취득한 리어측의 접속부 (Node 3 ∼ 6, 11, 12) 에 발생한 하중의 크기와 방향 (도 18(e)) 을 표시한 것으로, 각 접속부에 있어서의 하중의 크기는 도 21(b) 에 나타내는 바와 같다.
본 실시예에서는, 주행 해석을 실시하지 않고, 질량 요소 (73) 를 설정한 차체 골격 모델 (77) 의 접속부에 레인 체인지를 상정한 가상적인 하중을 주어 접착 위치의 최적화 해석을 실시하여, 최적화 해석에 있어서의 하중 조건의 차이에 대하여 검토하였다. 도 20(c), (d) 는, 질량 요소 (73) 를 설정한 차체 골격 모델 (77) 의 프론트측의 접속부 (Node 1, 2, 7 ∼ 10) 에 주는 가상적인 하중의 크기와 방향을 나타낸 것으로, 각 접속부에 균일한 하중 (＝1000 N) 을 동일 방향 (Y 방향) 으로 주었다. 도 21(c), (d) 는, 질량 요소 (73) 를 설정한 차체 골격 모델 (77) 의 리어측의 접속부 (Node 3 ∼ 6, 11, 12) 에 주는 가상적 하중의 크기와 방향을 나타낸 것으로, 각 접속부에 균일한 하중 (＝1000 N) 을 동일 방향 (Y 방향) 으로 주었다.
다음으로, 주행 해석에 의해 취득한 하중을 차체 골격 모델의 접속부에 하중 조건으로서 주었을 때의 차체 변형의 해석 결과를 도 22 ∼ 도 25 에 나타낸다.
도 22 및 도 23 에, 주행 해석에 의해 취득한 하중 조건을 리어측의 접속부에 부여했을 때의 차체 변형의 해석 결과를 나타낸다. 도 22 및 도 23 에 있어서, (a) ∼ (c) 는 차체 변위량의 해석 결과로서, (a) 는 회전 도어 구성 부품 (43) 에 상당하는 질량의 질량 요소 (73) 를 설정한 차체 골격 모델 (77) (질량 설정 있음), (b) 는 회전 도어 구성 부품 (43) 의 질량을 설정하지 않은 차체 골격 모델 (31) (질량 설정 없음), (c) 는 회전 도어 구성 부품 (43) 을 설정한 차체 골격 모델 (41) (도어 설정 있음) 에 대한 결과이고, (d) 는 주행 해석에 의해 취득한 리어측의 접속부에 있어서의 하중의 크기와 방향을 표시한 것이다. 또, 도 22 는, 프론트 좌측으로부터 차체를 표시한 것, 도 23 은, 리어 좌측으로부터 차체를 표시한 것으로, 도 22 및 도 23 모두 차체의 변위량을 1000 배로 하여 표시하고 있다.
질량을 설정하지 않는 차체 골격 모델 (31) 에 있어서의 차체의 변위량 (도 22(b), 도 23(b)) 은, 질량 설정이 있는 차체 골격 모델 (77) (도 22(a), 도 23(a)) 및 도어 설정이 있는 차체 골격 모델 (41) (도 22(c), 도 23(c)) 에 비해 변위가 큰 부위 (루프부 (roof portion) 등) 에 다소 차이가 보였지만, 차체 전체에 있어서의 변위는 동일한 경향을 나타내고 있다.
도 24 및 도 25 에, 레인 체인지를 상정한 가상적인 하중 조건을 리어측의 접속부에 부여했을 때의 차체 변형의 해석 결과를 나타낸다.
도 22 및 도 23 과 마찬가지로, 도 24 및 도 25 에 있어서, (a) ∼ (c) 는 차체 변위량의 해석 결과로서, 각각 (a) 는 회전 도어 구성 부품 (43) 의 질량에 상당하는 질량 요소 (73) 를 설정한 차체 골격 모델 (77) (질량 설정 있음), (b) 는 회전 도어 구성 부품 (43) 의 질량을 설정하지 않은 차체 골격 모델 (31) (질량 설정 없음), (c) 는 회전 도어 구성 부품 (43) 을 설정한 차체 골격 모델 (41) (도어 설정 있음) 에 대한 결과이고, (d) 는 리어측의 접속부에 준 가상적인 하중의 크기와 방향을 표시한 것이다. 또, 도 24 는, 프론트 좌측으로부터 차체를 표시한 것, 도 25 는, 리어 좌측으로부터 차체를 표시한 것으로, 도 24 및 도 25 모두 차체의 변위량을 1000 배로 하여 표시하고 있다.
가상적인 하중을 입력한 경우에 있어서도, 질량 설정이 없는 차체 골격 모델 (31) 에 있어서의 차체의 변위량 (도 24(b), 도 25(b)) 은, 질량 설정이 있는 차체 골격 모델 (77) (도 24(a), 도 25(a)) 및 도어 설정이 있는 차체 골격 모델 (41) (도 24(c), 도 25(c)) 의 경우에 비해 변위가 큰 부위 (루프부 등) 에 다소 차이가 보였지만, 차체 전체에 있어서의 변위는 동일한 경향을 나타내고 있다.
그러나, 가상적인 하중을 사용한 경우에 있어서의 차체의 변위 (도 24 및 도 25) 는, 주행 해석에 의해 취득한 하중을 사용한 경우 (도 22 및 도 23) 에 비해 전체적으로 큰 값으로 (도면 중의 「변위의 총합」참조), 하중 조건의 차이가 차체 변위에 영향을 주는 것을 알 수 있었다.
이와 같이, 주행 해석에 의해 취득한 하중을 준 경우와, 가상적인 하중을 입력한 경우를 비교하면, 어느 차체 골격 모델에 있어서도 변형 거동에 큰 차이가 보였기 때문에, 구조용 접착제로 접착할 최적의 위치의 최적화 해석에 있어서는, 주행 해석에 의해 취득한 하중을 주는 것이 바람직하다고 생각할 수 있다.
다음으로, 구조용 접착제로 접착할 후보가 되는 위치에 배치한 접착 요소를 대상으로 하여 최적화 해석을 실시한 결과에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는, 주행 해석에 의해 취득한 하중 조건을 부여한 접착 위치의 최적화 해석과, 주행 해석을 실시하지 않고 가상적인 하중 조건을 부여한 접착 위치의 최적화 해석의 쌍방을 실시하여, 최적화 해석에 있어서의 하중 조건의 차이에 대하여 검토하였다.
본 실시예에서는, 주행 해석의 경우와 마찬가지로, 질량 설정이 있는 차체 골격 모델 (77) (도 8) 에 접착 요소 (45) 를 연속적으로 배치한 경우, 회전 도어 구성 부품 (43) 에 상당하는 질량을 설정하지 않는 차체 골격 모델 (31) (도 19(a)) 에 접착 요소 (45) 를 연속적으로 배치한 경우, 및 회전 도어 구성 부품 (43) 을 설정한 차체 골격 모델 (41) (도 19(b)) 에 접착 요소 (45) 를 연속적으로 배치한 경우, 의 각각에 대하여 접착 위치의 최적화 해석을 실시하였다.
여기에서, 접착 요소 (45) 는 입체 요소로 이루어지는 것으로 하고, 차체 골격 모델에 있어서의 모든 플랜지부에 접착 요소 (45) 를 연속적으로 배치하였다. 이 때, 연속해서 배치한 접착 요소의 전체 길이는 102.8 m 였다. 102.8 m 의 설정에서는, 차체 골격 모델을 구성하는 거의 모든 부품 세트에 접착 요소 (45) 가 배치되고, 도어 오프닝 (door opening) 에 대해서도 최적화 해석의 대상인 접착 요소 (45) 가 연속해서 배치되어 있다.
다음으로, 차체 골격 모델에 배치한 접착 요소 (45) 를 해석 대상으로 하여 최적화 해석 조건을 설정하였다. 본 실시예에서는, 최적화 해석 조건으로서, 목적 조건에는 차체 강성의 최대화를 설정하고, 제약 조건에는 구조용 접착제의 도포 길이를 설정하였다. 여기에서, 구조용 접착제의 도포 길이는, 최적화 해석에 의해 잔존한 접착 요소 (45a) 의 전체 길이에 대응한다. 또한 최적화 해석에 있어서의 하중 조건으로서, 주행 해석에 의해 취득한 차체 골격 모델 (31) 의 접속부 (도 4 에 있어서의 Node 1 ∼ 12) 에 발생한 하중을 주어 최적화 해석을 실시하여, 상기 최적화 해석 조건을 만족하는 접착 요소 (45) 를 구하였다.
도 26 ∼ 도 31 에, 하중 조건으로서 차체 리어측에 횡굽힘 (lateral bending) 하중을 주고, 제약 조건으로서 구조용 접착제의 도포 길이 20 m 를 부여한 최적화 해석에 의해 구한 접착 요소 (45a) 의 결과를 나타낸다.
도 26(a), (b) 는, 질량을 설정하지 않은 차체 골격 모델 (31) 을 사용하여 실시한 주행 해석에 의해 취득한 하중 (도 26(c)) 을 차체 골격 모델 (31) 에 주어 최적화 해석을 실시하여 구한 접착 요소 (45a) 로, 본 발명의 범위 내이다 (발명예 1). 도 27(a), (b) 는, 주행 해석을 하지 않고 가상적인 하중 (도 27(c)) 을 질량이 없는 차체 골격 모델 (31) 에 주어 최적화 해석을 실시하여 구한 접착 요소 (45a) 로, 본 발명의 범위 외이다 (비교예 1).
도 28 및 도 29 에, 질량 설정이 있는 차체 골격 모델 (77) 에 배치한 접착 요소 (45) 에 대하여 최적화 해석을 실시하여 구한 접착 요소 (45a) 의 결과를 나타낸다.
도 28(a), (b) 는, 질량 설정이 있는 차체 골격 모델 (77) 을 사용하여 주행 해석을 실시하여, 그 주행 해석에 의해 취득한 하중 조건 (도 28(c)) 을 질량 설정이 있는 차체 골격 모델 (77) 에 부여하여 최적화 해석을 실시하여 최적화된 접착 요소 (45a) 로, 본 발명의 범위 내이다 (발명예 2). 도 29(a), (b) 는, 주행 해석을 하지 않고 가상적인 하중 조건 (도 29(c)) 을 질량 설정이 있는 차체 골격 모델 (77) 에 부여하여 최적화 해석을 실시하여 최적화된 접착 요소 (45a) 로, 본 발명의 범위 내이다 (발명예 3).
도 30 및 도 31 에, 도어 설정이 있는 차체 골격 모델 (41) 에 배치한 접착 요소 (45) 에 대하여 최적화 해석을 실시하여 최적화된 접착 요소 (45a) 의 결과를 나타낸다.
도 30(a), (b) 는, 도어 설정이 있는 차체 골격 모델 (41) 을 사용하여 주행 해석을 실시하여, 그 주행 해석에 의해 취득한 하중 조건 (도 30(c)) 을 도어 설정이 있는 차체 골격 모델 (41) 에 부여하여 최적화 해석을 실시하여 최적화된 접착 요소 (45a) 로, 본 발명의 범위 내이다 (발명예 4). 도 31(a), (b) 는, 주행 해석을 하지 않고 가상적인 하중 (도 31(c)) 을 도어 설정이 있는 차체 골격 모델 (41) 에 부여하여 최적화 해석을 실시하여 최적화된 접착 요소 (45a) 로, 본 발명의 범위 내이다 (발명예 5).
질량 설정이 없는 차체 골격 모델 (31) 에 대해 주행 해석으로 취득한 하중 조건을 부여한 발명예 1 에 있어서는, 도 26(a), (b) 에 나타내는 바와 같이, 도어 오프닝 둘레에 접착 요소 (45a) 가 잔존한 데에 반해, 가상 하중을 부여한 비교예 1 에 있어서는, 도 27(a), (b) 에 나타내는 바와 같이, 도어 오프닝 둘레에 있어서의 접착 요소의 잔존은 보이지 않아, 하중 조건의 차이에 의해, 최적화 해석에 의해 잔존하는 접착 요소 (45a) 의 위치는 상이한 결과가 되었다.
또, 질량 설정이 있는 차체 골격 모델 (77) 에 가상 하중을 입력한 발명예 3 (도 29(a), (b)) 에 있어서는, 질량 설정이 없는 비교예 1 에 비해 도어 오프닝 둘레의 접착 요소 (45a) 의 잔존이 증가하였다. 그리고, 질량 설정이 있는 차체 골격 모델 (77) 에 주행 해석에 의한 하중을 입력한 발명예 2 (도 28(a), (b)) 에 있어서는, 도어 오프닝 둘레의 접착 요소 (45a) 의 잔존이 더욱 증가하는 결과가 되었다.
또한, 도어 설정이 있는 차체 골격 모델 (41) 을 사용하여 최적화 해석을 실시한 발명예 5 에 있어서는, 질량 설정이 있는 차체 골격 모델 (77) 을 사용한 발명예 4 에 가까운 접착 요소 (45a) 의 잔존이 보였다.
이상, 본 발명에 있어서는, 주행 해석에 의해 취득한 하중 조건을 사용한 최적화 해석에 있어서는, 의장품 또는 덮개물 혹은 이것들에 상당하는 질량이 모두 설정되어 있지 않은 차체 골격 모델을 사용해도, 최적화 해석에 의해 도어 오프닝 둘레에 접착 요소가 잔존하여, 구조용 접착제로 접착하는 데에 적절한 위치를 구할 수 있었다.
또, 주행 해석을 하지 않고 가상적인 하중 조건을 부여하여 최적화 해석을 실시하는 경우에 있어서는, 의장품 또는 덮개물 혹은 이것들에 상당하는 질량이 설정된 차체 골격 모델을 사용하여 최적화 해석을 실시함으로써, 도어 오프닝 둘레에 접착 요소가 잔존하여, 구조용 접착제로 접착하는 데에 적절한 위치를 구할 수 있었다.
도 32 에, 상기의 발명예 1 ∼ 발명예 5 및 비교예 1 에 대하여, 최적화 해석에 의해 구한 최적화된 접착 요소 (45a) 를 추가한 차체의 강성 향상률의 결과를 나타낸다. 여기에서, 차체의 강성은, 하중을 주는 접속부에 있어서의 변위로 하중을 나눈 값의 평균값으로 하고, 강성 향상률은, 최적화 해석을 실시하기 전의 차체 골격 모델 (31) 을 기준으로 하여 구한 평균 강성의 상대 변화로, 최적화 해석에 있어서의 제약 조건으로서 구조용 접착제의 도포 길이를 변경하여 구한 접착 요소 (45a) 를 추가한 것이다.
도 32 에 있어서 구조용 접착제의 도포 길이 102.8 m 에 있어서의 강성 향상률은, 최적화 해석을 실시하지 않고, 차체 골격 모델 (31) 에 있어서의 모든 부품 세트에 대해 접착 요소 (45) 를 배치했을 때의 결과이다. 그 때문에, 도포 길이 102.8 m 인 경우에만, 주행 해석 하중과 가상 하중의 강성 향상률은 동일한 값으로 되어 있다.
도 32 로부터, 질량 설정이 없는 차체 골격 모델에 가상 하중을 준 비교예 1 의 강성 향상률은, 발명예 1 ∼ 발명예 5 의 강성 향상률보다 크게 어긋나는 결과가 되었다. 또, 발명예 1 에 있어서의 강성 향상률은, 도포 길이가 큰 경우에는 발명예 2 ∼ 발명예 5 의 강성 향상률과의 차이가 커지지만, 도포 길이가 작은 경우에는, 거의 동일한 정도의 강성 향상률이 되었다. 또한, 발명예 2 ∼ 발명예 5 에 대해서는, 질량 설정이나 하중 조건의 차이에 의해 강성 향상률의 값에 다소 차이가 보였지만 그 차이는 크지 않아, 제약 조건으로서 부여한 도포 길이의 변화에 대한 강성 향상률 (improvement rate of stiffness) 의 변화는 동일한 경향을 나타내는 결과였다.
이상으로부터, 본 발명에 관련된 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 최적화 해석 장치에 의하면, 복수의 부품을 부품 세트로서 용접할 용접부가 미리 설정되어 있는 차체 골격 모델을 사용하여, 상기 용접과 병용하여 구조용 접착제로 상기 부품 세트를 접착할 최적의 위치를 구하는 최적화 해석을 실시함으로써, 주행시에 있어서의 자동차의 강성을 향상시키기 위해 접착할 최적의 위치를 양호한 정밀도로 구할 수 있는 것이 시사되었다.
산업상 이용가능성
본 발명에 의하면, 복수의 부품이 부품 세트로서 용접된 자동차의 차체 골격 모델을 사용하여, 상기 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 상기 부품 세트를 접착할 최적의 위치를 구하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 최적화 해석 장치를 제공할 수 있다.
1 : 최적화 해석 장치
3 : 표시 장치
5 : 입력 장치
7 : 기억 장치
9 : 작업용 데이터 메모리
11 : 연산 처리부
13 : 차량 모델 생성부
15 : 주행 해석부
17 : 접착 후보 위치 설정부
19 : 최적화 해석 조건 설정부
21 : 최적화 해석부
23 : 최적화 해석 장치
30 : 차체 골격 모델 파일
31 : 차체 골격 모델 (질량 설정 없음)
33 : 용접부
35 : 고정 연결부
35a : 힌지 (상측)
35b : 힌지 (하측)
35c : 스트라이커
37 : 부품 세트
41 : 차체 골격 모델 (도어 설정 있음)
43 : 회전 도어 구성 부품
45 : 접착 요소
45a : 접착 요소 (최적화 해석에 의해 잔존)
47 : 차체 골격 모델 (접착 요소 배치)
51 : 차대 모델
61 : 차량 모델
71 : 차체 골격 모델 (질량 설정 있음)
73 : 질량 요소
75 : 강체 요소
77 : 차체 골격 모델 (질량 설정 있음)
81 : 부품 세트
83 : 부품
83a : 플랜지부
83b : 세로벽부
83c : R 부
85 : 부품

Claims (12)

  1. 평면 요소 및/또는 입체 요소로 이루어지는 복수의 부품을 가지고 이루어지고, 그 복수의 부품을 부품 세트로서 용접할 용접부가 미리 설정되어 있는 차체 골격 모델을 사용하여, 상기 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 상기 부품 세트를 접착할 최적의 위치를 구하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법으로서,
    컴퓨터가, 상기 구조용 접착제로 접착할 후보가 되는 위치에, 상기 구조용 접착제로서의 접착 요소를 배치하는 접착 후보 위치 설정 스텝과,
    조작자의 지시에 의해 컴퓨터가, 상기 접착 요소가 배치된 상기 차체 골격 모델에 대해, 최적화 해석에 있어서 그 차체 골격 모델에 부하하는 하중 조건을 포함하는 최적화 해석 조건을 설정하는 최적화 해석 조건 설정 스텝과,
    컴퓨터가, 상기 최적화 해석 조건이 설정된 상기 차체 골격 모델의 상기 접착 요소를 최적화의 해석 대상으로 하여 최적화 해석을 실시하여, 상기 최적화 해석 조건을 만족하는 접착 요소의 위치를 상기 구조용 접착제에 의해 접착할 위치로서 구하는 최적화 해석 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착 후보 위치 설정 스텝은, 상기 접착 요소를 연속해서 배치하는 것을 특징으로 하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    컴퓨터가, 의장품 또는 덮개물이 설정된 차체 골격 모델에 차대 모델을 접속하여 차량 모델을 생성하는 차량 모델 생성 스텝과,
    컴퓨터가, 그 차량 모델의 주행 해석을 실시하여, 주행시에 상기 차체 골격 모델에 있어서의 상기 차대 모델과의 접속부에 발생하는 하중 및/또는 변위를 하중 조건으로서 취득하는 주행 해석 스텝을 포함하고,
    그 주행 해석 스텝에 있어서 취득한 하중 조건을, 상기 최적화 해석 조건 설정 스텝에 있어서의 하중 조건으로 하는 것을 특징으로 하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    컴퓨터가, 의장품 또는 덮개물에 상당하는 질량이 설정된 차체 골격 모델에 차대 모델을 접속하여 차량 모델을 생성하는 차량 모델 생성 스텝과,
    컴퓨터가, 그 차량 모델의 주행 해석을 실시하여, 주행시에 상기 차체 골격 모델에 있어서의 상기 차대 모델과의 접속부에 발생하는 하중 및/또는 변위를 하중 조건으로서 취득하는 주행 해석 스텝을 포함하고,
    그 주행 해석 스텝에 있어서 취득한 하중 조건을, 상기 최적화 해석 조건 설정 스텝에 있어서의 하중 조건으로 하는 것을 특징으로 하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착 후보 위치 설정 스텝은, 의장품 및/또는 덮개물을 설정한 차체 골격 모델에 상기 접착 요소를 배치하는 것을 특징으로 하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착 후보 위치 설정 스텝은, 의장품 및/또는 덮개물에 상당하는 질량을 설정한 차체 골격 모델에 상기 접착 요소를 배치하는 것을 특징으로 하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법.
  7. 평면 요소 및/또는 입체 요소로 이루어지는 복수의 부품을 가지고 이루어지고, 그 복수의 부품을 부품 세트로서 용접할 용접부가 미리 설정되어 있는 차체 골격 모델을 사용하여, 상기 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 상기 부품 세트를 접착할 최적의 위치를 구하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치로서,
    상기 구조용 접착제로 접착할 후보가 되는 위치에, 상기 구조용 접착제로서의 접착 요소를 배치하는 접착 후보 위치 설정부와,
    상기 접착 요소가 배치된 상기 차체 골격 모델에 대해, 최적화 해석에 있어서 그 차체 골격 모델에 부하하는 하중 조건을 포함하는 최적화 해석 조건을 설정하는 최적화 해석 조건 설정부와,
    상기 최적화 해석 조건이 설정된 상기 차체 골격 모델의 상기 접착 요소를 최적화의 해석 대상으로 하여 최적화 해석을 실시하여, 상기 최적화 해석 조건을 만족하는 접착 요소의 위치를 상기 구조용 접착제에 의해 접착할 위치로서 구하는 최적화 해석부를 구비하는 것을 특징으로 하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 접착 후보 위치 설정부는, 상기 접착 요소를 연속해서 배치하는 것을 특징으로 하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    의장품 또는 덮개물이 설정된 차체 골격 모델에 차대 모델을 접속하여 차량 모델을 생성하는 차량 모델 생성부와,
    그 차량 모델의 주행 해석을 실시하여, 주행시에 상기 차체 골격 모델에 있어서의 상기 차대 모델과의 접속부에 발생하는 하중 및/또는 변위를 하중 조건으로서 취득하는 주행 해석부를 구비하고,
    그 주행 해석부에 의해 취득한 하중 조건을, 상기 최적화 해석 조건 설정부에 있어서의 하중 조건으로 하는 것을 특징으로 하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    의장품 또는 덮개물에 상당하는 질량이 설정된 차체 골격 모델에 차대 모델을 접속하여 차량 모델을 생성하는 차량 모델 생성부와,
    그 차량 모델의 주행 해석을 실시하여, 주행시에 상기 차체 골격 모델에 있어서의 상기 차대 모델과의 접속부에 발생하는 하중 및/또는 변위를 하중 조건으로서 취득하는 주행 해석부를 구비하고,
    그 주행 해석부에 있어서 취득한 하중 조건을, 상기 최적화 해석 조건 설정부에 있어서의 하중 조건으로 하는 것을 특징으로 하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착 후보 위치 설정부는, 의장품 및/또는 덮개물을 설정한 차체 골격 모델에 상기 접착 요소를 배치하는 것을 특징으로 하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치.
  12. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착 후보 위치 설정부는, 의장품 및/또는 덮개물에 상당하는 질량을 설정한 차체 골격 모델에 상기 접착 요소를 배치하는 것을 특징으로 하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치.
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