물성의 분산을 고려한 트럭 공기 현가장치의 수명예측

Abstract

본 논문의 목적은 화물차량의 공기현가장치를 설계함에 있어 충격에 대한 안전성과 파손까지의 수명을 평가하는 것이다. 이 연구를 위하여 화물차량의 동역학 모델은 필수적이다. 동역학 모델을 통하여 하중의 이동경로와 부품에 가해지는 하중을 파악할 수 있으며, 벨지안 로드를 주행하는 시뮬레이션을 통하여 수명예측에 필요한 응력이력을 확보할 수 있다. 공기스프링에 발생되는 힘은 현가장치 하부 프레임과 차량의 주 프레임 사이에 이상기체 방정식으로 구현되었다. 차량의 높이를 항시 안정하게 유지해 주는 높이조절밸브의 구현으로 비선형적인 공기스프링의 거동을 표현하였다. 충격하중에 대한 안전성 검토는 차량 주행 중 발생할 수 있는 충격을 가상의 모델로 구현하여 수행된다. 단품의 강도해석을 통해 이루어지는 이 해석은 3가지 극한 하중조건에 의하여 부품에 발생하는 응력을 확보하고 파손이론을 통하여 그 안전성이 검토된다. 프레임의 수명예측은 기본적인 선형손상법칙 이외에 물성의 분산을 고려한 신뢰도 해석이 병행되었다. 실험계획법으로 수행된 수명에 대한 신뢰도 해석은 간단한 데이터의 조합으로 예상수명의 분포와 확률을 파악할 수 있다. 예상수명을 확률적으로 접근할 수 있다는 것은 양산되는 부품의 불량률을 미리 예상할 수 있다는 데 큰 장점이 있다. 또한 빠르고 간단한 이 방법을 통하여 차량부품의 개발과 설계에 효율적으로 적용할 수 있다. 본 연구에서 수행된 강도해석과 수명예측은 큰 충격하중이 가해지거나 비교적 적은 하중이 반복되는 차량 현가장치 개발의 안전설계 방법으로 제시될 수 있다.