탈착식 자전거 캐리어용 흡착 패드의실험 및 전산적 방법을 활용한 구조해석 (Structural Analysis of a Suction Pad for a Removable Bike Carrier using Computational and Experimental Methods)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 17권 / 3호 / 622 ~ 628페이지
· 저자명 : 서영성, 임근원

초록

자동차에 부착하여 사용하는 자전거 캐리어 지지용 흡착 패드는 운행 중 임의의 진동과 원심력과 같은 과도한 동적 하중을 받을 수 있어, 구조 안전성의 검토가 중요하다. 이를 위해서는 유체-구조 연계 유한요소해석을 이용하여 패드의 하부 압력이 패드에 가해지는 하중이나 모멘트의 변화에 따라 실시간으로 변화하는 것을 고려하여야 하나, 실제 상황의 모델링이 어렵고 계산을 위한 소프트웨어 비용이 높은 단점이 있기도 하지만, 정확한 결과를 얻기도 어렵다. 따라서 이 논문에서는 실험과 전산적인 방법을 조합하여 활용하는 새로운 방법을 제시한다. 이는 변화하는 하중에 따라 패드 하부의 압력과 접촉 면적을 실시간으로 측정하고 여기서 얻어진 데이터를 비선형 탄성 유한요소해석에 입력하여 활용하는 방법이다. 개발 단계의 제품 형상으로 실험 및 계산을 수행한 결과, 마운트 패드는 축 방향 하중에 대해서는 비교적 안전하나, 회전 하중이 과도하게 작용할 경우 패드가 바닥으로부터 분리되거나 패드 표면에 국부적인 손상이 일어날 수 있어 안전 여유가 많지 않음을 보여주었다. 작용하는 하중의 크기 및 형태에 따라 변화하는 접촉 거동을 예측하는 결과는 실험 결과와 잘 일치하였다. 본 연구에서 제안하는 해석 방법은 유사한 흡착 패드 시스템을 설계할 때 유용하게 활용될 수 있을 것으로 보인다.

영어초록

As the suction pad-supporting bike carrier attached to a car may be subject to an excessive dynamic load due to random vibrations and centrifugal forces during driving, its structural safety is of great concern. To examine this, the finite-element method with a fluid-structure interaction should be used because the pressure on the pad bottom is changed in real time according to the fluctuations of the force or the moment applied on the pad. This method, however, has high computing costs in terms of modeling efforts and software expense. Moreover, the accuracy of computation is not easily guaranteed. Therefore, a new method combining the experiment and computation is proposed in this paper: the bottom pressure and contact area of the pad under varying loads was measured in real time and the acquired data are then used in the nonlinear elastic finite-element calculations. The computational and experimental results obtained with the product under development showed that the safety margin of the pad under the axial loading is relatively sufficient, whereas with an excessive rotational loading, the pad is vulnerable to separation or a local surface damage; hence, the safety margin may not be secured. The predicted contact behavior under the variation of the magnitude and type of the loading were in good agreement with the one from the experiment. The proposed analysis method in this study could be used in the design of similar vacuum pad systems.

참고자료

· 없음