The purpose of this raper is to assess the benefits of frequency domain fatigue analysis and compare it with more conventional time domain techniques. The multi-body dynamic analysis, FE analysis and fatigue life prediction technique are applied for the frequency domain fatigue analysis. To obtain the dynamic load history used in the frequency domain fatigue analysis, the computer simulations running over typical road Profiles are carried out by utilizing vehicle dynamic model. The fatigue life estimation for the rear suspension system of small-sized passenger car is performed by using resonance durability analysis technique, and the estimation results are compared with the conventional quasi-static durability analysis results. For the pothole simulation, the percent changes, of the fatigue life between the two durability analysis techniques don't exceed 10%. But for the Belgian road simulation because of the resonance effect, the fatigue life using the resonance durability analysis technique are much smaller estimated than the quasi-static durability analysis results.
In this paper, resonance durability analysis technique is presented for the fatigue life assessment considering dynamic effect of a vehicle system. In the resonance durability analysis, the frequency response and the dynamic load on frequency domain are used. Multi-body dynamic analysis, finite element analysis, and fatigue life prediction method are applied for the virtual durability assessment. To obtain the frequency response and the dynamic load, the computer simulations running over typical pothole and Belgian road are carried out by utilizing vehicle dynamic model. The durability estimations on the rear suspension system of the passenger car are performed by using the presented technique and compared with the quasi-static durability analysis. The study shows that the fatigue life considering resonant frequency of vehicle system can be effectively estimated in early design stage.
We evaluate the durability of vehicle chassis component under dynamic loadings. Since the fatigue analysis of vehicle component is based on the dynamic load history it must be done by dynamic analysis. But in case the vehicle component has natural frequencies much larger than reversing frequencies of load history, we can get small analysis errors by applying quasi-static analysis. So it is inefficient that we apply to the dynamic analysis for all the vehicle components. In this research, we discuss the quasi-static analysis method which is appropriate for the fatigue analysis. And in case we can only perform the fatigue analysis based on dynamic analysis, we introduce more efficient method in the analysis time and hard disk storage.
본 논문에서는 차량시스템의 진동효과를 고려하는 내구평가를 위한 공진내구해석이 수행된다. 공진내구해석을 수행하는데 있어서 주파수응답과 주파수영역의 동하중이 사용된다. 다물체 동역학해석, 유한요소해석 및 피로수명예측기법이 가상내구 평가를 위해 적용된다. 주파수응답과 동하중이력을 얻기 위해 차량 다물체 모델을 이용하여 전형적인 파트홀과 벨지안로를 통과하는 컴퓨터 시뮬레이션을 수행한다. 공진내구해석기법을 사용하여 승용차의 후방 현가장치에 대한 내구평가를 수행하고 그 결과를 준정적내구해석결과와 비교한다. 본 연구를 통하여 차량 시스템의 공진주파수를 고려한 피로수명을 초기설계 단계에서 효과적으로 평가할 수 있다는 것을 알 수 있다.
In this paper, the technique to reinforce the durability performance of structure using the sensitivity information for the frame structure is applied. The fatigue life calculation for the frame structure is performed from the quasi-static and transient analysis and the characteristics of two methods are compared for the fatigue analysis. Then the reinforcement technique is applied. First, some design variables related to the locations of fatigue failure is selected. Then sensitivities of fatigue life at fracture points with respect to the variation of design variables are calculated and the vector composed of gaps between the target life and initial life cycles is calculated. If the number of fatigue fracture points is same as the number of design variables, the variations of the design variables are calculated from the linear algebraic equation. If not, the variations of the design variables are calculated from the optimization formulation with the constraints.
차량의 개발단계에서 내구성 평가는 많은 시간과 비용이 소요된다. 최근 완성차 업체들은 자사만의 내구성 평가방법을 개발하고 수정 보완하는데 많은 노력을 기울이고 있다. 본 연구는 토션빔 액슬의 내구성 평가를 위한 통합 CAE 기법을 개발함에 있어 세계적인 자동차 업체의 정형화된 CAE 기법과의 비교를 통해 경제성을 평가하고 실험적 방법을 통해 얻은 데이터와의 비교를 통해 신뢰성을 확보하는 것을 목표로 하였다. 이를 위해 현재까지 널리 사용되어 온 준정적 내구해석의 과정 및 결과에서 보완점과 문제점을 분석하였고, 업계의 요구사항을 면밀히 검토하여 정규모드해석을 통해 다물체 동역학 모델을 구성하고 이를 이용한 동역학 해석을 진행한 후 그 결과를 이용하여 내구해석인 공진 내구해석 기법을 제안하였다.
Recently, for the development of vehicle structures and components there is a tendency to increase using numerical simulation methods compared with practical tests for the estimation of the fatigue strength. In this study, an integrated powerful methodology is suggested for fatigue strength evaluation through development of the interface program to integrate dynamic analysis quasi-static stress analysis and fatigue analysis, which were so far used independently. To verify the presented evaluation method, a single and zigzag bump run test, 4-post road load simulation and driving durability test have been performed. The prediction results show a good agreement between analysis and test. This research indicates that the integrated life prediction methodology can be used as a reliable design tool in the pre-prototype and prototype development stage, to reduce the expense and time of design iteration.
The durability test, along with the crashworthiness test, requires the most time and expense in the vehicle development process. The durability design using CAE tools reduces the time required for both the durability test and actual vehicle production. Existing dynamic stress analyses designed fir the analysis of vehicle fatigue mainly calculate the dynamic stress history and fatigue after performing dynamic analysis and stress analysis with relevant software applications and then superpositioning the dynamic load history and stress influence coefficient at each joint. This approach is a complex process, taking into account the flexibility of the parts. It is, however, incapable of giving accurate consideration to the contacts between components, the non-linearity of materials, and tire-road surface interactions. This approach also requires that the analysts have an expertise in software applications of various kinds or an expert in each area must perform the analysis. This requires as a great deal of manpower and time. In order to complement the existing approaches for dynamic stress analysis, this study aims at the following: (1) to suggest the simple and accurate analysis technique which is capable of producing all the possible necessary results; (2) to reduce dramatically the time and manpower needed to construct a model designed to analyze dynamics, quasi-static stress, and fatigue; and (3) to enable an accurate analysis of fatigue by improving the accuracy of dynamic stress. we verify the presented analysis method through durability evaluation of the knuckle of passenger car.
The vehicle system is exposed to random source in service. Therefore, it is important to consider dynamic effect of the system. But, fatigue analysis is traditionally performed by using time signal of loading. To obtain dynamic effect of resonance, we carried out resonance durability analysis with frequency response and the dynamic load on frequency domain. The study shows that the damage considering resonant frequency of fuel tank system can be effectively estimated.
The kinematic and complicance characteristics of torsion beam axle is structurally related to the location and section profile of torsion beam and the span from body mounting point to wheel center. This paper presents the effect of section properties in torsion beam on the structural characteristics and roll behavior of suspension. The structural characteristics is on the maximum stress on the welding area of torsion beam and the roll behavior is on roll steer and roll-camber of suspension which are important for controllability and stability in cornering. Four factors are used for the section design of torsion beam, which are thickness , midline length, are inner radius, and sector half angle . Through the structural and quasi-static analysis made for six torsion beam axle models, it can be noticed that roll steer and the structural durability of suspension are closely related to warping constant and shear center in section properties of torsion beam.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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