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학위논문 상세정보

自動車 縣架裝置의 疲勞特性을 고려한 構造最適設計에 관한 硏究 원문보기
(A) Study on the Structure Optimization of an Automotive Suspension System According to Fatigue Characteristics

  • 저자

    이동화

  • 학위수여기관

    東亞大學校 大學院

  • 학위구분

    국내박사

  • 학과

    기계공학과

  • 지도교수

  • 발행년도

    2004

  • 총페이지

    ix, 95p.

  • 키워드

    자동차현가장치 피로특성 구조최적설계;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T10065483&outLink=K  

  • 초록

    현대의 자동차는 각종 부품의 소형화 및 경량화를 통화여 성능재선과 함께 공해방지 및 에너지 자원의 절약을 추구하고 있다. 자동차에 사용되고 있는 철강재료는 점진적으로 감소추세에 있는 반면 알루미늄 및 플라스틱과 같은 재료의 사용은 점차 증가추세에 있고, 자동차 부품의 무게감소에 의해 전체 차량무게도 줄어들고 있다. 지금까지 발표된 연구결과들을 보면 자동차 부품 중 많은 부분이 경량재료인 알루미늄으로 대체가 가능함을 알 수 있다. 그리고 국내에서도 자동차 부품 섀시계의 모듈화와 경량화를 동시에 추진하면서, 구동부품과 차체부품을 알루미늄 및 플라스틱 재료로 대체하고 있으며, 기존에 설계된 부품에 대한 최적설계를 통하여 성능향상과 함께 중량감소를 추구하고 있다. 자동차의 부품 중에서 특히 현가장치는 소비자들의 승차감과 조종 안전성에 대한 요구사항이 높아감에 따라, 고속주행 시 차량의 주행성능을 확보하기 위한 현가장치의 최적설계가 요구되고 있다. 현가장치의 성능은 장치가 차지하는 공간과 너클(knuckle) 및 로워콘트롤암(lower control arm)의 조향 안전성 등에 의해 결정이 된다. 그 중에서 로워콘트롤암은 차량 바디의 하부에 장착되어 전후좌우방향의 힘을 담당하는 부품으로써 소재변경에 따른 생산방식의 개선과 경량화에 상반되는 강도에 따른 안전성 여부의 검토 및 그에 만족되는 최적설계의 요구가 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 먼저 로워콘트롤암에 대한 H사의 하중조건을 이용하여 로워콘트롤암의 소재변경에 따른 경량화 요구와 강도저하에 따른 안전성 문제에 만족하는 설계를 위해 위상최적화 결과를 이용하여 최적설계를 위한 최종 모델을 선정하였다. 그리고 선정된 설계 모델에 대하여 실험계획법에 따라 구조해석을 실시하고, 수리적 방법을 이용하여, 중량과 처짐 및 허용응력의 목적함수에 대한 설계변수의 상관관계를 분산분석으로 파악하였으며, 설계변수의 변화에 따른 평가특성치를 표현할 수 있는 추정식을 이용하여 다목적 최적설계를 수행하였다. 실차주행시험을 실시하여 하중이력을 구하고, 주행시험을 통해 얻어진 하중이력 데이터를 이용하여 내구하중을 조합하여 로워콘트롤암의 피로해석을 실시하였다. 그러나 다목적 최적설계기법을 이용하여 구해진 모델은 주어진 하중이력에 대해서 충분한 내구수명을 만족하지 못하였으므로 구해진 하중이력에 기준한 피로특성을 고려한 최적설계를 실시하여 요구수명을 만족하는 설계모델을 결정하였다. 피로를 고려한 최적설계는 실험계획법을 이용한 최적설계에서 정의되는 제한조건함수를 고려기 위하여 특성함수를 이용하였다. 로워컨트롤암의 피로를 고려한 다목적 최적설계를 실시한 결과 설계변수의 최적값은 각각 D는 47㎜, T는 26㎜, W는 12㎜이다. 실제적인 최적설계 문제에서 여러 가지 목적함수가 동시에 고려되어야 할 때, 수리적 방법과 특성함수를 이용한 다목적 최적설계의 과정은 유용한 설계 해를 제시하였다.


    Recently, there have been two approaches in reducing automobile weight. One is by using material lighter than steel, and the other is by redesigning the structure. The current automotive is seeking the improvement of performance, the prevention of environmental pollution and the saving of energy resources according to miniaturization and lightweight of the components. Steel using automotive is gradually on the decrease, but on the other hand the material of aluminum and plastic is gradually on the increase. And total automotive weight is decreased according to weight reduction of automobile component. Reading a paper of the current research, many component of the automobile can be replaced with the aluminum of lightweight. And the chassis system of automobile goes ahead with the module and lightweight in the domestic. The driving gear and chassis component are replaced with the aluminum of lightweight. It is seeking the improvement of performance and lightweight according to optimization of the current design. According to customer's demands of ride sense and drive stabilization, the optimization of suspension system is demanded for drive performance of automobile in the high-speed driving. The performance of suspension system is determined to the space of components, the driving stability of knuckle and lower control arm. The lower control arm is used for the force in all direction and it is fitted on automobile below body. The optimization of lower control arm is essential. It is satisfied with the material of the weight reduction and the satisfaction to the constraints of a strength requirement. In this research, using the topology optimization for the material of the weight reduction by satisfying the constraints of a strength requirement, the last model is made a selection for the optimization. And the variance analysis on the basis of structure analysis and DOE is applied to the lower control arm. We have proposed a statistical design model to evaluate the effect of structural modification by performing the practical multi-objective optimization considering weight, stress and deflection. The lower control arm is performed the fatigue analysis using the load history and the durability load of real road test. But the model using the multi-objective analysis is not satisfied with demanded durability life. The design model is determined using the optimization of acquired load history with the fatigue characteristic. The characteristic function is made use of the optimization according to fatigue characteristics to consider constrained function in the optimization of DOE. The structure optimization of a lower control arm according to fatigue characteristics is performed. And the optimized design variable is D=47㎜, T=26㎜, W=12㎜. In the real engineering problem of considering many objective functions, the multi-objective optimization process using the mathematical programming and the characteristic function is derived an useful design solution.


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