트랙터 펜더의 진동저감을 위한 개선설계 방법 :

김민규

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김민규 (계명대학교, 계명대학교 대학원)

지도교수: 김원진

발행연도: 2016

저작권: 계명대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

트랙터 펜더의 진동저감을 위한 개선설계 방법

김민규 , 김원진 한국소음진동공학회논문집 2016.10 학술저널

트랙터 펜더의 진동저감을 위한 개선설계 방법

김민규 기계공학과 2016.01 학위논문

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본 연구에서는 트랙터 펜더의 진동저감을 위하여 유한요소모델을 구현하였고, 위상최적화를 통하여 개선설계 방법을 제시하였다.
첫째, 트랙터 펜더의 진동원인을 분석하기 위하여 작동 중 변형 형상 분석 및 주파수응답함수 분석을 통하여 펜더의 진동형상을 도출하였다. 트랙터의 공회전 상태인 950 RPM에서 진동레벨을 측정한 결과, 펜더가 다른 부품들에 비하여 약 2.5배 높은 진동레벨을 나타냈으며 주파수응답함수분석 결과 엔진의 1차 폭발주파수인 23.7 Hz에서 구조적 공진현상이 나타남을 확인하였다. 따라서 펜더의 강성 보강을 통한 진동레벨 저감을 목표로 설정하였다. 둘째, 인장시험과 정하중시험을 통하여 트랙터 부품의 정적 탄성계수와 강성계수를 도출하고 유한요소모델을 수립하였다. 주파수응답함수 시험과 유한요소해석을 비교한 결과 1∼4차 모드에서 약 4%의 오차율로 유한요소모델의 신뢰성을 검증하였다. 셋째, 위상최적화를 이용하여 개선설계안을 도출하였다. 발판과 운전석의 가장자리를 제외한 모든 영역이 펜더의 강성에 영향을 미치지 않음을 확인하고, 펜더의 경우에는 부품간의 연결부와 가장자리를 제외한 대부분의 영역이 공통으로 제거 가능한 영역으로 나타났다. 하지만 트랙터의 특성상 영역을 제거하거나 형상을 변경하는 것은 불가능하기 때문에 강성에 영향을 미치는 부분에 보강재를 부착하여 강성을 향상시키는 개선설계안을 도출하였다. 개선설계안의 해석결과, 1차 고유진동수가 약 16 Hz 증가하였으며 이는 엔진의 폭발주파수를 회피하는 영역임을 확인하였다. 마지막으로 위상최적화로 도출한 개선설계안을 적용하여 진동저감 효과를 확인하였다. 따라서 위상최적화를 통하여 도출한 개선설계안은 트랙터 펜더의 진동저감에 효과가 있다는 결론을 얻을 수 있었다.

In this study, an improved design method for reducing the vibration of fenders on a tractor is proposed through the establishment of a finite element model and the topology optimization.
First, in order to analyze the vibrational characteristics of the tractor''s fenders under consideration, the vibration shape of the fender was derived through operating deflection shapes and frequency response function. At 950 RPM, which is the idle speed of the tractor engine, the vibration level was measured. The results revealed that the fenders showed vibration levels approximately 2.5 times higher than those of other parts. In addition, the result of the frequency response function analysis showed a structural resonance at a frequency of 23.7 Hz, which is the primary burst frequency of the engine. Therefore, the study was aimed at reducing the vibration level via stiffness reinforcement of the fender.
Second, the static modulus of the elasticity and static stiffness of tractor parts was derived through a tension test and static load test, and a finite element model was established. The comparison between the results of the frequency response function test and the finite element analysis verified the reliability of the finite element model at 4% error rate from 1st to 4th modes.
Third, an improved design model was derived through the topology optimization. It was confirmed that no portion of the floor, seat or fender, except for the border, influences its strength. As the original shapes of the parts cannot be altered, an improved design model was derived in which a stiffener was attached to the border of parts. Thus, the first resonance frequency was increased by approximately 16 Hz, which was confirmed to be the frequency interval for avoiding the idle vibration frequency of the engine.
Finally, the improved design model was applied to confirm the effect of vibration reduction. Therefore, it can be concluded that the improved design model of the tractor is effective at reducing vibrations of the tractor fender.

제1장 서론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 동향 및 방법 3
제2장 트랙터 펜더의 진동현상 분석 5
2.1 트랙터의 진동특성 분석 5
2.2 작동 중 변형 형상 분석 12
2.3 주파수응답함수를 이용한 구조적 공진 분석 17
제 3 장 트랙터 펜더의 유한요소해석 24
3.1 물성치 규명 24
3.2 유한요소모델 27
3.3 경계 조건 정의 29
3.4 기존설계안의 해석결과 30
제 4 장 위상최적화를 통한 개선설계 및 설계안 평가 33
4.1 위상최적화 개요 33
4.2 설계문제 정식화 36
4.3 위상최적화 수행 및 결과 38
4.4 개선설계안 도출 43
4.5 개선설계안 평가 47
4.5.1 진동레벨 및 스펙트럼 평가 47
4.5.2 주파수응답함수 평가 52
제5장 결론 54
참고문헌 56
영문초록 59
국문초록 62

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