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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 동의대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수11
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자동차의 경우와 같이 엔진의 회전운동에서 오는 진동과 외부충격에서 오는 진동을 절연 또는 감쇠 시키기 위해서 손실계수가 큰 점탄성 물질을 진동의 전달경로 또는 구조물의 표면에 사용한다. 감쇠가 큰 점탄성 물질은 제조과정에서의 구성성분의 변화와 환경적인 요인으로 인해 동특성의 차이가 생기게 되며 이와 같은 차이는 통계적으로 기술되는 불확실성을 갖게 된다. 고무의 동특성은 점탄성 물질로 기술이 될 수 있으며, 작동 온도와 하중 등의 영향을 크게 받는다. 그러므로 온도의 영향이 큰 고무부시의 경우 주파수에 따른 동특성의 기술과 함께 환경 및 고무 구성성분의 불확실성으로부터 발생하는 동특성의 변동 정도를 예측하는 것이 중요하다. 고무 부시의 동특성 변동성이 예측가능하면 구조물의 강건한 진동 소음 성능을 설계가 가능해진다.
본 논문에서는 자동차용 고무부시 동특성의 변동성을 해석하는 방법을 제안하고 이를 승용차 모델에 적용하였다. 불확실성의 원인으로 외기온도와 생산과정의 물성변화 그리고 고무의 동특성을 기술하는 물성모델의 오차를 고려하였다. 고무부시 동특성의 불확실성이 진동시스템의 응답에 미치는 영향을 추정하기 위하여 두 단계의 추정법을 제안하였다. 첫 단계로 불확실성이 정량화된 분수차 미분 모델의 물질상수를 이용하여 부시를 구성하는 고무 물성의 불확실성을 기술하였다. 다음으로 고무부시의 등가강성과 감쇠계수를 유한요소해석을 통하여 계산하고 계산된 등가강성 및 감쇠계수를 갖는 부시요소로 구성된 진동시스템의 응답을 계산하였다. 불확실성의 확산해석은 통계적인 모멘트법인 고유벡터차원축소법을 사용하였다. 제안한 방법의 정확성을 검증하기 위하여 고무부시로 구성된 1 자유도 진동 문제를 정의하고 진동응답의 변동성을 추정한 후 몬테카를로 해석법과의 비교를 통하여 변동성 추정값의 정확성을 비교하였다. 정확성을 비교한 결과 제안한 방법은 진동응답 변동성에 대한 평균, 분산, 우도 등의 통계적 모멘트 값을 비교적 정확하게 추정할 수 있었고 대부분의 구간에서 진동응답변동성의 신뢰구간을 정확하게 추정할 수 있었다. 그러나 일부 주파수구간에서 추정된 신뢰구간이 몬테카를로 해석법의 결과와 차이를 보였는데 이는 4개의 저차 모멘트로 근사하고 누적분포함수를 역산하는 방법의 오차에서 기인한 것으로 판단된다.
SBR 부시를 갖는 단순화된 차체와 승용차 모델의 경우에 대하여 제안된 방법으로 진동응답에 대한 변동성을 추정하였다. 단순화된 차체의 경우 고무부시가 단순화된 서브프레임과 차대를 연결하고 있을 때 서브프레임의 가진력에 대한 차대 응답점의 주파수응답합수에 대한 변동양을 추정하였다. 추정된 주파수응답의 변동폭은 몬테카를로 해석법과 비교하여 정확성을 확인하였다. 제안한 방법은 대부분의 주파수 영역에서 진동응답의 평균 및 신뢰구간을 정확하게 추정하였다. 실제 승용차 모델은 서브프레임을 가진할 때 운전석 위치에서의 차체 가속도응답의 변동성을 해석하였다. 승용차의 서브프레임과 차체는 유한요소로 상세모델링 하였으며 SBR 부시의 경우 단순 차체모델과 동일한 모델을 사용하였다. 제안한 방법으로 추정된 진동응답의 변동성은 주파수영역별로 다르게 나타나지만 주요 피크 영역에서 최대 6dB의 95% 신뢰구간을 보였다.
제안한 방법은 고려하는 확률변수를 N이라 할 때 최소 2N+1번의 해석만으로 진동응답의 변동성을 정확히 추정할 수 있다. 자동차 진동응답의 경우 해석시간의 한계로 몬테카를로 해석법과 같은 무작위 추출에 의한 변동성 해석은 불가능하다. 하지만 제안한 방법을 이용하면 신뢰성을 고려한 자동차 진동응답의 강건설계가 가능하다.
본 논문에서는 자동차용 고무부시 동특성의 변동성을 해석하는 방법을 제안하고 이를 승용차 모델에 적용하였다. 불확실성의 원인으로 외기온도와 생산과정의 물성변화 그리고 고무의 동특성을 기술하는 물성모델의 오차를 고려하였다. 고무부시 동특성의 불확실성이 진동시스템의 응답에 미치는 영향을 추정하기 위하여 두 단계의 추정법을 제안하였다. 첫 단계로 불확실성이 정량화된 분수차 미분 모델의 물질상수를 이용하여 부시를 구성하는 고무 물성의 불확실성을 기술하였다. 다음으로 고무부시의 등가강성과 감쇠계수를 유한요소해석을 통하여 계산하고 계산된 등가강성 및 감쇠계수를 갖는 부시요소로 구성된 진동시스템의 응답을 계산하였다. 불확실성의 확산해석은 통계적인 모멘트법인 고유벡터차원축소법을 사용하였다. 제안한 방법의 정확성을 검증하기 위하여 고무부시로 구성된 1 자유도 진동 문제를 정의하고 진동응답의 변동성을 추정한 후 몬테카를로 해석법과의 비교를 통하여 변동성 추정값의 정확성을 비교하였다. 정확성을 비교한 결과 제안한 방법은 진동응답 변동성에 대한 평균, 분산, 우도 등의 통계적 모멘트 값을 비교적 정확하게 추정할 수 있었고 대부분의 구간에서 진동응답변동성의 신뢰구간을 정확하게 추정할 수 있었다. 그러나 일부 주파수구간에서 추정된 신뢰구간이 몬테카를로 해석법의 결과와 차이를 보였는데 이는 4개의 저차 모멘트로 근사하고 누적분포함수를 역산하는 방법의 오차에서 기인한 것으로 판단된다.
SBR 부시를 갖는 단순화된 차체와 승용차 모델의 경우에 대하여 제안된 방법으로 진동응답에 대한 변동성을 추정하였다. 단순화된 차체의 경우 고무부시가 단순화된 서브프레임과 차대를 연결하고 있을 때 서브프레임의 가진력에 대한 차대 응답점의 주파수응답합수에 대한 변동양을 추정하였다. 추정된 주파수응답의 변동폭은 몬테카를로 해석법과 비교하여 정확성을 확인하였다. 제안한 방법은 대부분의 주파수 영역에서 진동응답의 평균 및 신뢰구간을 정확하게 추정하였다. 실제 승용차 모델은 서브프레임을 가진할 때 운전석 위치에서의 차체 가속도응답의 변동성을 해석하였다. 승용차의 서브프레임과 차체는 유한요소로 상세모델링 하였으며 SBR 부시의 경우 단순 차체모델과 동일한 모델을 사용하였다. 제안한 방법으로 추정된 진동응답의 변동성은 주파수영역별로 다르게 나타나지만 주요 피크 영역에서 최대 6dB의 95% 신뢰구간을 보였다.
제안한 방법은 고려하는 확률변수를 N이라 할 때 최소 2N+1번의 해석만으로 진동응답의 변동성을 정확히 추정할 수 있다. 자동차 진동응답의 경우 해석시간의 한계로 몬테카를로 해석법과 같은 무작위 추출에 의한 변동성 해석은 불가능하다. 하지만 제안한 방법을 이용하면 신뢰성을 고려한 자동차 진동응답의 강건설계가 가능하다.
목차
1. 서 론1.1 연구배경 11.2 연구동향 및 목적 32. 점탄성 물질의 거동 모델2.1 분수차 미분모델 52.2 물성모델의 불확실성 정량화 83. 진동응답의 불확실성 확산해석3.1 불확실성의 원인 및 특성 113.2 불확실성 확산해석 123.2.1 몬테카를로 해석법 123.2.2 고유벡터차원축소법 133.2.3 1자유도 진동계 예제 164. 자동차 진동응답의 변동성 해석4.1 자동차 단순 모델 변동성 해석 224.1.1 자동차 단순 모델 224.1.2 몬테카를로 해석법를 이용한 변동성 해석 244.1.3 고유벡터차원축소법을 이용한 변동성 해석 264.2 실제 승용차의 진동응답 변동성 해석 325. 결 론 38참 고 문 헌 40영 문 요 약(Abstract) 43
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