비선형 힘 요소가 있는 현가장치의 해석적 강성행렬에 의한 탄성기구학 해석 :An Elasto-Kinematic Analysis of Suspensions with Nonlinear Force Elements using Analytic Stiffness Matrix

김성훈

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김성훈 (국민대학교, 국민대학교 자동차공학전문대학원)

지도교수: 김상섭

발행연도: 2015

저작권: 국민대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수6

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2015

비선형 힘 요소가 있는 현가장치의 해석적 강성행렬에 의한 탄성기구학 해석

김성훈 친환경고안전자동차 2015.01 학위논문

2014

비선형 힘 요소를 갖는 현가장치에서 해석적 강성행렬에 의한 효율적인 탄성기구학 해석 및 정적설계인자 계산

김성훈 , 김상섭 한국자동차공학회 추계학술대회 및 전시회 2014.11 학술대회자료

비선형 힘 요소를 갖는 현가장치에서 해석적 강성행렬 계산에 의한 효율적인 탄성기구학 해석

김성훈 , 김상섭 한국자동차공학회 춘계학술대회 2014.05 학술대회자료

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자동차의 설계과정에서 샤시 설계 및 해석은 샤시시스템의 특성에 따라 차량의 조종안정성과 승차감에 영향을 주므로 중요한 부분이다. 설계과정에서 샤시시스템을 동역학적으로 모델링하고 시뮬레이션을 통해 성능을 예측할 수 있으며, 이 방법은 설계비용 절감 및 설계 단계에서 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 샤시시스템 중에서 현가장치는 복잡한 3차원 기구학적 구조와 현가장치를 이루는 스프링, 부싱은 설계 목적에 따라 비선형으로 모델링되기 때문에 비선형 힘 요소 특성으로 인하여 해석이나 설계에 어려움이 있다. 또한, 기존의 상용해석프로그램은 현가장치의 샤시설계 단계에서 공차해석과 같이 수 만 번의 반복계산이 필요한 설계에 적용하기 어렵다.
본 논문에서는 다물체 탄성기구학 현가장치의 힘 요소들을 각각 모델링하고, 이에 대한 강성행렬 계산식을 유도했다. 먼저 스프링과 부싱을 비선형 힘 요소로 모델링하고, 주어진 데이터 값으로부터 강성을 구하기 위해 Spline 함수를 활용했다. 이 방법을 통해 요소강성행렬을 구할 수 있으며, 이를 이용해서 직교 좌표 강성행렬과 시스템 강성행렬을 구할 수 있다. 이 방법은 비선형 힘 요소를 포함한 현가장치에서 힘 요소가 선형인 시스템에서 계산하는 방법과 같이 시스템 강성행렬을 해석적으로 구할 수 있다.
비선형 스프링, 부싱 힘 요소를 포함한 현가장치를 모델링하고 해석적 강성행렬 계산에 의한 탄성기구학 해석을 수행했다. 그리고 해석 결과 값의 정확성을 검증하기 위해 상용해석프로그램 ADAMS/Car로 현가장치를 모델하고 해석을 수행하여 두 결과 값을 비교했다. 이 방법은 설계과정에서 샤시시스템을 모델링하고 시뮬레이션을 통해 차량의 조종안정성과 승차감을 예측하고 설계에 적용함으로써 성능 최적화, 개발시간 단축, 설계비용 절감이 가능하다.

1. 서 론
1.1 연구 배경
1.2 연구 목적 및 내용
2. 상대 조인트 좌표계에 의한 강체의 운동학
2.1 상대조인트 기구학
2.2 조인트와 속도변환 행렬
2.2.1 Spherical Joint
2.2.2 Translational Joint
2.2.3 Revolute Joint
2.2.4 Cylindrical Joint
2.2.5 속도변환행렬
3. 비선형 힘 요소 모델 및 강성행렬 계산
3.1 부싱 모델 및 요소강성행렬
3.1.1 부싱 모델
3.1.2 부싱의 요소강성행렬
3.2 스프링 모델 및 요소강성행렬
3.2.1 스프링 모델
3.2.2 스프링의 요소강성행렬
3.3 일정한 외력에 의한 강성행렬
3.4 강성행렬 변환 기법
3.4.1 요소강성행렬
3.4.2 직교좌표 강성행렬
4. 현가장치의 탄성기구학 해석
4.1 현가장치 모델링 및 해석기법
4.1.1 현가장치 모델링
4.1.2 힘의 평형 조건식과 해석방법
4.1.3 일반력의 Jacobian 행렬 유도
4.1.4 시스템 강성행렬 유도
4.2 현가장치의 탄성기구학 해석
4.2.1 맥퍼슨 스트럿 현가장치 검증
4.2.2 멀티링크 현가장치 검증
5. 정적설계인자(SDF) 계산
5.1 컴플라이언스 행렬 유도
5.2 정적설계인자 계산
6. 결론
7. Appendix
8. 참고 문헌
9. Abstract

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	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

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