최적 설계 기법을 이용한 ULSAB 개념의 자동차 도어 설계 = (The) Automotive Door Design with the ULSAB Concept Using Structural Optimization

국문 초록 (Abstract)

최근 들어 자동차의 연비향상과 에너지 자원보호를 목적으로 자동차 업계와 철강업계는 ULSAB과 같은 획기적인 차체 경량화를 실현하려는 노력을 가속화하고 있다. 국내 자동차 업계에서는 ULSAB의 핵심 경량화 기술 중에 자동차 도어의 경량화를 위해 합체 박판 성형 기술을 선택하였다. 도어를 구성하는 여러 부품들 중에서 무게 비율이 가장 크며 합체 박판 기술 적용이 비교적 용이한 내판을 설계하기 위해 힌지 보강재와 내판 보강재를 제거하였다. 도어의 경우 시험 하중인 프레임 굽힘 하중조건과 새깅 하중조건에 대해서 기존 모델과 같은 강성을 유지하도록 판재를 선정하여야 한다. 합체 박판 기술 적용 시 용접선의 선정 및 각 부재의 두께 선정을 일련의 최적화 기법을 이용하여 결정하였다. 먼저, 개념설계의 단계로 주어진 하중 조건에 대해 토폴로지 최적 설계를 수행하여 판재 수와 대략적인 용접선을 선정하였다. 상세 설계의 단계로 보강재가 부착된 기존 모질의 강성값을 제한조건으로 하여 치수 및 형상 최적 설계를 수행하였다. 치수 최적 설계를 통해 나온 각 부재의 최적 두께를 유용한 이산값으로 대치하고, 용접선을 결정하기 위해 형상 최적 설계를 수행하였다. 유한 요소법에 기초한 형상 최적 설계시 요소의 파괴를 방지할 수 있는 요소단위의 형상 최적 설계법을 제시하여 도어 내판에 대한 최적 설계를 수행하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Weight reduction for an automobile body is being sought fer the fuel efficiency and the energy conservation. One way of the efforts is adopting Ultra Light Steel Auto Body (ULSAB) concept. The ULSAB concept can be used for the light weight of an automobile door with the tailor welded blank (TWB). A design process is defined for the TWB. The inner panel of door is designed by the TWB and optimization. The design starts from an existing component. At first, the hinge and inner reinforcements are removed. In the conceptual design stage, topology optimization is conducted to find the distribution of variable thicknesses. For the finite element analysis, the external forces are frame bending and sagging conditions. These conditions are used as a multiple loading condition in the optimization process. The number of parts and the welding lines are determined from the topology design. In the detailed design process, size optimization is carried out to find thickness while stiffness constraints are satisfied. The final parting lines are determined by shape optimization. For a test process, an ideal plate is designed under the defined design process. Weight reduction is achieved for the door and a real product has been designed based on the results.

목차 (Table of Contents)

• 목차 = ⅰ
• 요지 = ⅱ
• 제1장 서론 = 1
• 제2장 ULSAB의 개요 = 3
• 제3장 최적 설계 및 자동차 도어 경량화 단계 = 7
• 3.1 치수 최적 설계와 형상 최적 설계 = 7
• 3.2 요소 단위의 형상 최적 설계 = 9
• 3.3 토폴로지 최적 설계(밀도 방법) = 11
• 3.4 자동차 도어 경량화 단계 = 17
• 제4장 적용 예제 및 고찰 = 19
• 4.1 평판 문제 = 19
• 4.1.1 3개의 하중조건이 있는 평판 = 19
• 4.1.2 보강재가 있는 핑판 = 24
• 4.2 도어 설계 = 27
• 4.3 용접성을 고려한 도어 설계 = 34
• 제5장 결론 및 향후 과제 = 37
• 참고문헌 = 39
• ABSTRACT = 41
• 감사의글 = 42