고속화 도로의 건설로 인하여 자동차와 함께하는 시간이 길어지고 있습니다. 따라서 승차 성능에 대한 관심이 더욱 증가되고 있습니다. 상용차의 경우 고속 및 저속 주행 중 브레이크를 작동하는 경우 큰 진폭의 진동 현상이 발생할 수 있습니다. 이는 승차감을 저하 시킬 뿐 아니라 불안감을 유발할 수 있는 요인이 됩니다.이러한 경우를 방지 및 확인하기 위해 3DEXPERIENCE Works Simulation에서 복소수 고유치 해석(Complex Frequency)을 수행했습니다.자동차 브레이크 시스템 해석에 종종 활용되는 Complex Frequency 해석은 pad와 rotor 사이의 마찰 효과로 인한 excitation mechanism을 해석 시 고려하고전체 브레이크 시스템의 불안정성(instability)를 평가했습니다. 주제 1. 해석 설정하기3DEXPERIENCE Works Simulation에서 제공하고 있는 Role 중 하나인 Structural Mechanics Engineer Role은 Abaqus Solver 기반의 해석 프로그램이며,Implicit/Explicit 기반의 솔버를 통해 선형/비선형 정적, 고유진동해석, 선형동적해석, 비선형 동적 해석 등을 수행할 수 있으며 충돌, 좌굴 등의 해석 역시 수행할 수 있습니다. 또한 3DEXPERIENCE Works Simulation의 특징으로는 SOLIDWORKS와 통합되어 있어 설계 데이터를 쉽게 업데이트할 수 있고, 부품 간 강력한 Contact,해석 Setting 가이드 (Assistant), 데이터 관리를 편리하게 할 수 있다는 특징이 있습니다. 주제 2. 해석진행하기Brake Squeal NVH 해석 진행 과정 및 조건은 4단계로 구분되어 진행했습니다. 첫번째 단계(Step1)에서는 Pad와 Rotor 사이의 접촉 설정 및 Pad에 압력 하중을적용하기 위해 Static Step이 적용됩니다. 두번째 단계(Step2)로는 속도를 지정하여 Rotor와 Pad 사이의 마찰 접촉이 적용됩니다. 세번째 단계(Step3)에서는 Model이 가지고 있는 고유 진동수를추출하기 위한 Step이 적용됩니다. 마지막 네번째(Step4)는 Complex Frequency step이며 전체적인 Step들은 그림 3에 나타내었습니다. Step1 에서 고정 및 하중 조건으로는 Fixed Displacement를 사용하여 그림 4와 같이 적용 위치에 Fixed를 설정한 후 Load에서 Pressure를 사용하여그림 5와 같이하중이 작용하는 위치에 압력을 적용했습니다. Rotor, Pad 사이의 접촉면은 Surface-based contact를 사용하여 표 1과 같이 접촉을 적용했습니다. Step2 에서는 부여된 속도(저속)에서 제동 해석을 하기 위해 Static Step을 선택 후 그림 6과 같이 Rotor의 Z축으로 회전 속도를 적용 후Pad와 Rotor의 마찰 계수를적용했습니다. Step3 에서는 Model 이 가지고 있는 고유한 주파수를 확인하기 위해 Frequency Step을 선택 후 Mode수는 15로 설정했습니다. Step4 에서는 Complex 주파수를확인하기 위해 Complex Frequency를 선택 후 Mode수를 15로 설정했습니다. 주제 3. 해석 결과 분석하기Step1에서 Pad에 압력이 작용했을 경우, Step2에서 Rotor에 회전 속도 및 마찰 계수를 적용 한 경우 Stress, Displacement 결과 값을아래 그림 7, 그림 8과 동일하게 확인할 수 있습니다. Step3, Step4 에서의 진동 모드 및 주파수를 아래 그림9, 10번과 같이 확인할 수 있습니다. 또한 Complex Frequency Step에서 전체 모델의 Damping Ratio, EIGVAL_COMPLEX(Egenvalue of Vibration) 값을그림 11과 같이 그래프로도 확인할 수 있습니다. Tip & Trick 마무리지금까지 3DEXPERIENCE Works Simulation으로 브래이크 성능에 대한 해석을 진행해 봤습니다. Cloud 기반의 3DEXPERIENCE Works 시뮬레이션은 강력한 해석 성능을 바탕으로 해석 결과를 통한 협업과 제품 개발 프로세스 전반에 걸친 업무 생산성 향상에 크게 기여할 수 있다는 사실을 알게 되었습니다. 자동차 브레이크 허브의 선형 구조해석 보기▶ 자료출처 : 솔리드웍스 팬페이지
