차량동역학 해석을 이용한 복합재료 판스프링 최적설계 :Optimum Design of Composite Leaf Spring using Vehicle Dynamics Analysis

송승민

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자료유형: 학위논문

저자정보: 송승민 (건국대학교, 건국대학교 대학원)

지도교수: 김창완

발행연도: 2018

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이용수58

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2018

차량동역학 해석을 이용한 복합재료 판스프링 최적설계

송승민 기계설계학과 2018.01 학위논문

2016

차량동역학을 이용한 자동차용 복합재료 판스프링 해석 및 최적설계

송승민 , 조승현 , 이동찬 외 1명 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 2016.05 학술대회자료

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복합재료는 기존의 등방성 재료인 철이나 알루미늄과는 다른 직교성 재료이다. 이 복합재료는 질량대비 강성효율이 등방성 재료보다 월등히 뛰어나 경량화를 요구하는 산업에서 많이 쓰인다. 본 연구에서는 복합재료 구조해석과 최적설계를 통해 기존의 철강재 판스프링보다 가벼우면서 강성, 강도 조건을 만족하는 복합재료 판스프링을 설계 하였다.
기존 복합재료 판스프링 설계에 대한 연구가 수행되어 왔지만 모두 고전적인 판스프링 처짐 식에 의해 굽힘 하중만을 고려하였다. 본 연구는 차량동역학 해석을 통해 횡 하중 및 비틀림 하중을 고려하여 더 현실적인 설계를 진행하였다.
판스프링에 작용하는 하중을 주행조건에 따라 힘과 토크를 산출하였고, 이 하중조건을 이용하여 철강재 다판스프링 구조해석과 복합재료 단판스프링 구조해석을 각각 수행하였다. 복합재료의 적층구조를 시행착오법(Trial and error method)로 바꿔가면서 기존의 철강재 다판스프링과의 강성오차가 20% 내외로 유지하도록 하여 복합재료 단판스프링의 초기 적층구조를 설계하였다.
설계된 적층구조 초기모델을 기준으로 2 번의 최적화를 통해 기존 철강재 다판스프링과 비슷한 성능을 가지면서 약 80%의 중량이 감소된 복합재료 판스프링을 설계하였다.

#판스프링 #복합재료 #차량동역학 #최적설계

제1장 서론 1
제1절 연구배경 1
제2절 연구동향 3
제3절 연구절차 4
제2장 일 방향 적층 복합재료 5
제1절 복합재료 배경 5
제2절 일 방향 적층 복합재료 이론 7
1. 고전적층판 이론 7
2. Tsai-wu 파손 판정식 10
제3장 차량동역학 해석 11
제1절 차량동역학 개요 및 해석 목적 11
제2절 차량동역학 모델 및 주행조건 12
1. 차량동역학 모델 12
2. 주행조건 14
제3절 판스프링 U-bolt 부 하중 산출 15
1. 주행조건 1: 가속 15
2. 주행조건 2: 선회 17
3. 주행조건 3: 과속방지턱 19
4. 위험시간에서 하중 산출 20
제4장 판스프링 정적 구조해석 22
제1절 구조해석을 통한 개념설계 22
제2절 판스프링 구조해석 23
1. 유한요소 모델 23
2. 하중 및 경계조건 24
3. 재료물성치 25
4. 철강재 다판스프링 구조해석 결과 26
5. 강성 및 강도조건 만족 여부 확인 28
제3절 복합재료 단판스프링 초기모델 선정 30
제5장 복합재료 판스프링 최적설계 31
제1절 최적설계 과정 및 정식화 31
1. 최적설계 과정 31
2. 최적설계 정식화 32
제2절 1차 최적화 : GA를 이용한 적층각 최적화 33
1. GA(Genetic Algorithms) 33
2. 결과 34
제3절 2차 최적화 : SQP를 이용한 적층두께 최적화 37
1. SQP(Sequential Quadratic Programming) 37
2. 결과 37
제4절 최적설계 결과 39
제6장 결론 40
참고문헌 42
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