부품 피로 해석도 구조 해석과 피로 해석의 두 단계로 나뉩니다.
먼저, Abaqus/Explicit를 이용하여 자동차 서스펜션 부싱의 구조 해석을 수행합니다. 부싱 수치 모델을 기반으로 재료 특성을 지정하고, 메시를 수행하고, 하중을 적용하여 하나의 사인파 주기 내에서 수직 축을 따라 교번 변형을 계산하고 분석합니다.
고무 부싱에 하중을 가하는 방법은 무엇입니까? 고무 부싱의 동작 패턴에 따라 설정합니다.
서스펜션 부싱의 동작 패턴은 무엇입니까?
다음 그림은 반경방향 하중을 받는 특정 서스펜션 부싱의 유한 요소 모델과 계산 결과의 등고선 플롯을 보여줍니다.
부싱 강성 곡선(힘-변위 곡선)을 실험 결과와 비교하여 확립된 FEM 모델의 타당성을 더욱 입증합니다. 그림에서 볼 수 있듯이 재료 테스트 표본에서 식별된 초탄성 매개변수를 사용한 분석은 하중-변위 다이어그램에서 실험 결과와 분석 결과 사이의 우수한 일관성을 보여줍니다.
다음으로, 위의 구조 해석 결과를 소프트웨어의 피로 해석 모듈(이 경우 Magna ECS의 FEMFAT 소프트웨어 사용)로 전송하고 내구성 테스트 결과와 비교합니다. 테스트와 분석은 피로 수명과 균열 위치 모두에서 탁월한 일관성을 보여줍니다.
실험결과, 균열은 원주방향으로 전파되고, 축방향 인장하중과 압축하중을 동시에 받는 재료부로부터 시작되었다.
서스펜션 부싱에 대한 피로 시뮬레이션 결과의 Haigh 다이어그램은 압축 응력 비율 하에서 파손을 나타냅니다. 인장 및 압축 하중이 고무 재료에 동일하게 적용되지만 분석에 따르면 궁극적으로 압축 시 파손이 시작되는 것으로 나타났습니다.
검증 및 추가 확인을 통해 S-N 곡선 및 Haigh 다이어그램을 기반으로 하는 고무 부품 피로 분석 방법론이 확립되었습니다.
[피로해석 기술을 통한 효율적인 차량 제품 설계 프로세스 구축] 제안된 제진고무 부품의 피로해석 기법을 적용하여, 기하학적 변화(고무 부피)와 내구성 성능 간의 관계를 조사하기 위해 동일 재질로 제작된 부품에 대한 파라메트릭 연구를 수행하였다. 구성요소 형상은 다음을 포함한 모델링된 변형을 포함하여 원래 부품 설계에서 파생되었습니다.
● 외경 15% 및 30% 증가;
● 내경과 외경 모두 15% 및 30% 증가.
● 부품의 축 방향 신장률 15% 및 30%.
하중 방법: 방사형 및 비틀림 하중
6개의 서로 다른 기하학적 구성과 2개의 서로 다른 로딩 모드가 구성되었습니다. 시뮬레이션 결과는 다음과 같이 요약됩니다.
(1) 방사형 힘 하중: 6개의 수정된 형상과 원래 형상.
(2) 비틀림 변위 하중: 6개의 수정된 형상과 원래의 형상.
위 두 그림의 추세 변화는 표 1: "성능-기하학 상관표"에 요약되어 있습니다.
연구 결론: 외경만 증가하면 레이디얼 하중에 대한 내구성이 감소하고 비틀림 내구성이 향상되며 스프링 성능이 부드러워집니다. 내경과 외경이 모두 커지면 레이디얼 하중과 비틀림 하중에 대한 내구성이 모두 향상되는 반면 스프링 성능은 부드러워집니다. 축 길이를 늘리면 레이디얼 하중과 비틀림 하중에 대한 내구성이 향상되고 스프링 성능도 강해집니다.
이러한 결과는 다음 "성능 매트릭스"에 정리되어 있습니다.
자동화된 프로그램을 통해 다양한 설계 변형의 내구성과 스프링 특성을 사전 계산함으로써 지속적인 데이터 업데이트를 통해 성능 카탈로그의 정확성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
고무 방진 장치의 경우 성능 요구 사항은 방사형 하중 내구성과 비틀림 내구성 간의 최적 균형을 달성하는 것을 목표로 할 수 있으며 비틀림 내구성이 특히 중요할 수 있습니다. 스프링 특성과 관련하여 소음, 진동 및 승차감을 위해서는 더 부드러운 스프링 비율이 바람직하지만 핸들링 정밀도와 차량 안정성을 보장하려면 상대적으로 더 단단한 스프링이 필요한 경우가 있습니다. 정의된 성능 속성이 있는 구성요소 설계 데이터는 전체 차량 성능 목표에 따라 선택되고 이러한 속성은 본질적으로 치수 매개변수와 연결되므로 구성요소 치수는 원하는 성능 지표에서 시작하여 역설계될 수 있습니다. 이 접근 방식을 사용하면 세부 도면이 없더라도 차량 개발의 초기 개념 단계에서 성능 목표를 설정할 수 있으며 예상 성능을 기반으로 고무 부품의 대략적인 레이아웃을 도출할 수 있습니다. 이 성능 카탈로그를 활용하면 성능 사양에 따라 처음부터 구성요소 치수를 결정할 수 있으므로 반복적인 FEM 분석이 필요하지 않고, 세부 개발 단계에서 설계 반복 및 재작업이 방지되며, 고정확도 계획의 신속한 구현이 가능해집니다.
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