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ISSN : 1598-6721(Print)
ISSN : 2288-0771(Online)
The Korean Society of Manufacturing Process Engineers Vol.16 No.6 pp.29-34
DOI : https://doi.org/10.14775/ksmpe.2017.16.6.029

Durability Improvement due to the Change of Lower Arm by the Class of Automotive Body

Moonsik Han Department of Mechanical and Automotive Engineering Keimyung UNIV.
Jaeung Cho# Division of Mechanical and Automotive Engineering Kongju National UNIV.
Corresponding Author : jucho@kongju.ac.kr+82-41-521-9271 +82-41-555-9123
20170818 20170826 20170930

Abstract

This study analyzed automobile lower arm assembly structure and fatigue to identify configuration changes to enhance structural safety. Parts connected to the car body were fixed and 500 N load was applied at the lower arm head. Maximum equivalent stress and maximum total deformation were minimized for model 1 ( MPa and 0.10315 mm, respectively). Fatigue analysis using extreme SAE bracket history fatigue loads showed model 1 also improved fatigue life (3.3693×105cycles). This study provides important inputs to improve lower arm durability by modifying the arm configuration.


차체의 종류별 로어암 형상의 변화에 따른 내구성 향상에 관한 연구

한 문식 계명대학교 기계자동차공학과
조 재웅# 공주대학교 기계자동차공학부

초록


    © The Korean Society of Manufacturing Process Engineers. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    1.서 론

    자동차에게 있어 로어암은 현가장치를 받쳐주는 부품 으로 차체의 충격 및 코너에서 균형을 잡아주는 일을 한다. 만약 로어암이 주행 중에 파손이 일어난다면 연쇄 추둘사고와 같은 큰 사고를 야기할 수 있다.[1-4] 이러한 로어암의 개발은 단순한 차체의 설계로만 끝나는 것이 아닌 조금 더 안전하고 경량화 된 기술들을 축적하기 위해 실험 및 선행 해석들이 많이 진행되어지고 있 다.[5-7] 본 연구에서는 위와 같은 로어암의 안전성을 높 이기 위해 각기 다른 로어암의 형상별 해석을 진행하여 실질적으로 로어암이 만들어지기 이전에 선행 해석을 진행하여 결과값을 알아내었다. 이러한 결과값을 융합하 여 로어암 설계의 기반 데이터를 축적했으므로 사료된 다.[8-12]

    2.연구모델 및 해석결과

    2.1.연구모델

    본 연구에 사용된 해석 모델로는 Model 1에서는 일반 상용차의 로어암을 설계하였고 Model 2와 3은 대학생 자작 자동차에 사용되어지는 로어암을 설계하였다. 설계 에 사용된 프로그램은 CATIA V5로 설계를 진행하였고 해석은 ANSYS R14.0으로 해석을 진행하였다. Fig. 1은 각 Model의 형상을 나타낸 그림이다. Table 1에는 로어 암에 사용된 구조용 강의 물성치를 정리하였고 Table 2 에서는 각 모델별 Nodes와 Elements를 정리하여 표로서 작성하였다.

    Table 1, 2의 표는 모델의 재질과 노드 및 요소를 나타낸 것 이다.

    2.2.모델의 해석조건

    해석을 진행하면서의 해석 조건은 실제로는 고정되지 않지만 해석의 수렴도를 높이기 위해 공통적으로 보기 위해 차체의 브라켓과 연결되는 곳을 Fixed Support시키 고 헤드 부위에 50kg의 하중을 묘사하기 위해 힘을 500N을 가하였다. Fig. 2는 각 모델별 해석조건을 나타 낸 그림으로 각 모델별로 위와 같은 해석 조건을 주어 해석을 진행하였다.

    2.3.구조 해석

    위의 해석 조건에 구조해석을 진행하였을 때, 다음과 같은 결과값을 구해낼 수 있었다. Fig. 3는 각 모델별 등가 응력을 나타낸 그림으로 이 때, 최소 응력이 나온 모델은 Model 1로서 17.074 Mpa의 응력이 나온 것을 알 수 있었다.

    Fig. 4는 각 모델별 전변형량을 나타낸 그림으 로서 이 때의 최소 변형량을 나타낸 모델은 Model 1로서 0.10315mm의 변형량이 나왔음을 알 수 있었다.

    2.4.피로 해석

    Fig. 5는 피로 하중 중 자동차 부품에 가장 많이 사용 되는 SAE Bracket History 피로 하중을 사용하여 피로 해석을 진행하였다.

    Fig. 6은 피로 해석을 진행했을 때의 각 모델별 수명 을 알아보았다. 이 때의 가장 긴 수명을 보여주는 모델 은 Model 1로서 3.3693×105 Cycle의 수명을 보여주었다.

    4.결 론

    본 연구에서는 차량 종류별 로어암 형상에 따 른 내구성 연구를 진행하였으며 다음과 같은 결과 를 도출해내었다.

    • 1. 각기 다른 로어암 형상들 중 등가응력을 알아보았 고 이를 비교하였을 때, 가장 적은 등가응력이 나온 모 델은 Model 1로서 17.074 Mpa의 응력이 검출되었다.

    • 2. 해석 결과 중 형상에 따른 전변형량을 비교하였을 때 가장 적은 변형량을 보이는 모델은 Model 1로서 0.10315 mm의 변형량을 보였다.

    • 3. 각 모델별 피로 사이클을 알아보았다. 각 모델 중 가장 높은 수명을 보이는 모델은 Model 1로서 3.3693×105 Cycle이 나왔다.

    • 4. 위의 결과값을 비교하였을 때 Model 1이 다른 모델 에 비해 가장 높은 구조안전성을 가짐을 알 수 있었다. 위의 결과값을 기반으로 더욱 안전성이 높은 로어암의 설계데이터를 축적시킬 수 있었고 로어암의 형상에 변화를 주어 그 내구성을 향상시킬 수 있었다.

    Figure

    KSMPE-16-29_F1.gif
    Configuration of Analysis models
    KSMPE-16-29_F2.gif
    Constraint conditions of models
    KSMPE-16-29_F3.gif
    Equivalent Stress of Analysis Models
    KSMPE-16-29_F4.gif
    Total Deformation of Analysis Models
    KSMPE-16-29_F5.gif
    Fatigue Load at Analysis Condition
    KSMPE-16-29_F6.gif
    Equivalent stresses of models at the elapsed time of 1800s

    Table

    Material properties
    Nodes and Elements at models

    Reference

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