자동차 차체설계 - 1

1) 차체의 강도 설계

 

승/상용차의 차체는 프레스 성형과 수많은 박강판과 보강재를 용접으로 결합한 복잡하게 보강된 외각 구조이다. 차체의 경량화 등의 최적설계에는 내구성, 강도, 안전성 등을 고려해야 한다.

 

1. 차체 설계 접근방법

  차체 구조는 외력작용점과 주요 강도부재를 라멘구조로 보강한 외각구조로 되어있고, 외각은 표면응력을 분담하고 부재는 축력, 굽힘 등의 수직 응력을 분담, 구조물로서 강도, 강성을 확보하는 것을 목적으로 한다. 바디의 경우 도어, 프론트/리어글래스부와 같은 개구부의 비율이 커서 강도,강성 상 불리하고, 특히 개단면은 비틀림에 대해 강도, 강성 저하가 많이 나타나기 때문에 개구부 보강 부재를 외각구조 및 타 부재에 결합해서 강도, 강성을 어떻게 높이느냐에 주안점이 있다.

 

  차체에 작용하는 하중을 파악하는 것을 우선으로, 하중을 적용하였을때의 국부적인 강도, 강성을 해석하고, 국부적인 criteria를 만족하였더라도 결합강성, 강도가 충분한지를 파악해야한다. 추가로 요구되는 사항은 외관의 디자인, 승강성, 감성 등의 기능과 함께 경량화를 목표로 해야하고, 강도, 강성, 진동, 안전, 내구성 등에 문제가 없는 구조를 설계해야할 것이다.

*라멘구조 : 건축물/제품의 하중을 수평자재인 보와 수직자재인 기둥이 지탱하는 구조

 

2. 차체의 부하

 구조를 결정하기 위해서는 차체에 작용하는 하중을 정확히 알아야 한다. (통상, 평가 기관, 요구하는 rule 별로 load case가 세분화되어 FEA tool 등의 소프트웨어에 적용할 수 있다.) 차체 전체에 작용하는 부하, 국부적으로 작용하는 부분 부하로 구분할 수 있고, 정적인 부하와 동적인 부하로 분류할 수 있다. Load Case는 대부분이 동적 부하이고, 다양한 운전조건, 도로조건, 적하조건 등에 따라 세분화되어 있다. 피로에 대한 해석은 일반적으로 Static+Dynamic의 경우를 모두 보지만, 충돌하중과 같은 피로파괴를 고려할 필요가 없는 하중은 정적하중으로 바꾸어 해석이 가능하다.

 

3. 모델링

 차체는 복잡한 외각구조이고 동시에 다양한 하중 조건이 복잡하게 작용하고 있으므로 차체 구조를 직접 해석하는 것은 어려워 통상 구조적 타당성을 잃지 않는 범위에서 단순화하여 해석한다. 차체 전체의 굽힘 강성을 알고 싶은 경우에는 차체를 하나의 보로 취급하여 해석을 하고, 일부를 국부적으로 해석하는 경우에는 개략적인 모델(Coarse or Rough Model)을 만들고 Screening을 통해 얻어진 경계조건을 사용하여 상세하게 해석하기도 한다.

 보통 유한요소해석 기법을 활용하여 구조를 평가하는데, 하중조건도 모듈화가 되어있어 애드온, 혹은 평가 주체에서 가지고 있는 하중을 모델에 입히기만 하면 된다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

참고 : https://blog.naver.com/manpack/