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      자동차 정보/토론

      사각 폐단면 범퍼빔의 굽힘에너지 재계산과 기타 의견 조회 1,061 2016.07.09 00:07

      공부중
      765 2016-07-05 6 107
      https://c.motorgraph.com/501275

      차량무게 1508.195kg, 차량속도 64km/h

      사각 폐단면 범퍼빔 높이 180mm, 폭 90mm, 두께 1.6mm, 인장강도 1180MPa, 항복강도 950MPa 로 가정할때,

      1. Vehicle Kinetic Energy(Ke): 238332J=0.5*1508.195*(64*1000/3600)^2

      2. Plastic Section Modulus (Zp): 31487mm^3=(180*(90^2))/4-((180-3.2)*((90-3.2)^2))/4

      3. Yield Strength(σy) : 950MPa (N/mm^2)

      4. Plastic Moment (Mp): 29912Nm=Zp x σy /1000

      5. Bending Angle (θp): 1.308996939rad = 75deg x π(rad)/ 180 (deg)

      6. Bending Energy (Be): 39155J = Mp x θp

      7. Energy Ratio : 16.4% = Be / Ke x 100

       

      제가 잘못 계산한 게 있을까요? 16.4%로 생각보다 높게 나오네요.

       

      범퍼빔이 보통은 사각형 폐단면이라기 보다는 8자나 B자 단면이고, cold stamping 적용 범퍼는 ㄷ자 단면에 레인포스를 덧대어 일부 폐단면을 구성해주기도 합니다.(그럼 Zp가 더 커지겠죠)

      위의 범퍼빔은 단순하게 사각 폐단면으로 가정한거구요.

       

      두께를 1.2T로 변경하니까 12.4%가 나오네요.

      두께 1.2T에서 높이를 100mm로 변경하니까 7.96%가 나오구요.

       

      오래간만에 머리 굴리려니까 계산이 잘 안되서 엑셀의 도움을... ㅎㅎ

       

      그런데 이런 단순계산은 보통 설계 초기에(각종 성능 CAE해석도 하기전에) 단면 사이즈나 두께를 정하기 위해 참고로 해볼 수 있는 계산입니다.

       

      실제 충돌성능을 예측하기 위해서는 많은 분들이 아시겠지만 유한요소 충돌모델을 구성해서 충돌해석을 하죠. LS-Dyna나 Pam-crash 등이 충돌해석을 위한 대표적인 프로그램이구요.

       

      충돌해석을 하는 이유는 비용이 엄청나게 많이 드는 실차 충돌 시험 횟수를 줄이는, 즉 차량 개발 비용을 절감하기 위함이죠. 다른 모든 CAE해석과 마찬가지로 말이죠.

       

      그런데 재밌는건 이런 충돌해석 조차 정밀도가 많이 향상되었다고 하지만 반드시 실차충돌시험과 correlation 작업을 합니다. 즉 실험결과 없는 충돌해석은 믿기 어렵다는 것이죠.

       

      하물며 충돌해석도 실험결과가 뒷받침되어야 개선충돌해석이 의미가 있는데...

      상기와 같은 단순 계산은... 무슨 의미를 지닐까요?

      3~4%가 나왔다고 해서 충돌시험결과를 단정할 수 있을까요?

      16.4%가 나왔다고 해서 충돌시험결과를 낙관할 수 있을까요?

       

      이런 수치는 그냥 참고수치입니다. 이럴 수도 있겠구나 하는거죠.

      (아, FEM의 발전으로 충돌해석을 하기 이전 시대에는 이런 계산이 정말 중요하지 않았을까요?)

       

      게다가 충돌이라는 항목은 자동차 개발에서 정말 어려운 항목입니다.

      쉽게 예측하고 단정하기가 어렵기 때문에 차량 개발시 프로토나 파이롯트 차량의 상당수를 충돌시험에 사용하죠. 그렇게 개발하더라도 정작 RATING이 결정되는 실제 시험에서 별하나가 떨어지곤 합니다.

       

      자, 투싼 범퍼 논란.

      혼다 피트의 범퍼레일 12000대 무상교환 건에서, 범퍼빔이 스몰오버랩에 등급하나의 영향을 미쳤다라는 사실 그누구도 부인 못합니다. 범퍼빔의 아크용접을 개선하여 범퍼빔 어셈블리의 구조강도가 개선되어 결과적으로는 충돌에 영향을 미쳤기 때문에 IIHS에서 언급하였듯이 현저한 밀림량 개선이 이뤄진 것이지요. 만약 범퍼빔이 거의 영향을 끼치지 않았다면 IIHS가 해당 페이지에서 '범퍼빔이 개선되었으나 큰 도움을 주진 못했고, 샷건이나 A필러 상하부, 서브프레임, 서스펜션 등이 원래 우수했기 때문에 등급하나가 가까스로 올라갈 수 있었다'라고 하지 않았을까요?

       

      그럼, 투싼의 범퍼빔.

      북미 투싼의 스몰오버랩 G등급 획득! 대단합니다.

      내수 투싼의 스몰오버랩 등급? 누가 장담할 수 있을까요? 현대차 블로그에서 밝히고 테드의 전문가들이 주장하듯이 결과가 좋을 수 있습니다. 많은 투싼의 오너들이나 그 차를 타는 가족들 투싼 주변을 지나는 많은 보행자들이 투싼의 안전도가 좋길 바라겠죠.

      그런데 공인된 시험기관의 실험결과가 나오기 전까지는 아무도 단정할 수 없는 것 아닐까요?

      어차피 시험하지 않을꺼니까 그냥 좋게 나올거라고 단정하는 편이 오히려 심적으로 편할까요?

       

      스스로를 자동차 전문가라고 생각한다면 의견을 피력하되 근거가 부족하면(실험결과라는 확실한 근거가 없는) 가능성을 열어두어서 주위로 부터 더 인정받는 자동차 전문가가 되면 어떨까요?

       

      (내용추가)

      아래 게시글에서 범퍼빔 설계담당자의 의견이 있던데 그 분 의견이 '투싼 범퍼빔은 스몰오버랩 대응용이 아니다'라고 말씀하신거면... 정말 그럴수도 있겠구나 하는 생각은 듭니다. 내부적인 실험결과나 충돌해석결과가 확보되어 있는 상태에서 말씀하시는 거라면 말이죠.

       

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      • 공부중 2016.07.09 00:45
        본문의 항복강도는 950MPa로 계산하였지만, 실제 충돌해석에서는 변형률 속도(strain rate)가 높으므로 소재의 고속인장물성을 사용합니다. 즉, 고속인장에서는 항복강도나 인장강도가 일반적인 인장시험보다 높게 나옵니다. 물론 이 역시 소재의 특성을 정확하게 구현하기 위함이나 고속인장 시험의 한계 등으로 정확한 물성정보 추출이 쉽지 않고 이런 고속인장 물성을 충돌해석에 반영하더라도 실제 시험의 결과와는 다른 양상을 보이는 경우가 많습니다.
      • MoGBurger 2016.07.09 01:15
        뽐뿌에 누가 이러더라구요
        비전문가는 실험없이 확신하고, 전문가는 실험없이 확신 못한다.
        실험없이 눈대중으로 판단하는 전문가님들이 난입을 하는것을 보며, 한번 더 절감합니다.
        Correlation 의 중요성. 좋은 글 잘 읽었습니다.
      • 정주영 2016.07.09 01:24
        자기 전에 잠깐 들어왔다가 숫자보고 깜짝 놀라서 제꺼 검산하고 공부중님의 계산을 비교해봤습니다.
        공부중님의 계산에서 Zp 계산 시 가로가 하나 빠져 Zp값이 크게 나왔습니다

        (공부중님의 계산 결과 31486.59/저의 계산 결과 15970.62, 공대에서 시험볼 때 계산기를 잘못 누르면....)

        그래서 공부중님이 제시하신 변수로 다시 계산하니 Bending Energy가 19.72KJ이 나오더군요
        결과적으로 총 8.27%기여가 나옵니다
        나머지 부분도 다시 계산해주세요

        그리고 여러 사진을 통해서 확인 한것과 같이 본 투싼의 범퍼 빔은 단순한 사각형 입니다
        여기에서 사용한 계산식에 실제 투산 범퍼빈 치수를 대입하면 시험과 상당히 유사한 결과가 나오겠지요
        공대나오신것 같으니 잘 아시리라 믿습니다

        공돌이라 숫자에 민감하게 반응하게 되는군요

        그리고 저 공부중님 께 질문하지요 저 8%가 시험 결과 값를 흔들 정도의 수준인가요?

        저도 LS-Dyna유저입니다만 글세요....




        그리고 저도 넷 상에서 전문가 소리 듣는 것이 정말 부담스럽고 부끄럽습니다.
        (전문가라는 말은 이제 좀 빼주세요)
        공부한거라고 해봐야 석사때 2년 한것이 전부고, 졸업하고 현장에서 어찌 굴러먹다 보니 엔진/파워트레인쪽에서 일하고 있습니다(배운걸로 먹고 살기 힘들다는 선배들 말이 딱 맞습니다)
        "스스로를 자동차 전문가라고 생각한다면 의견을 피력하되 근거가 부족하면(실험결과라는 확실한 근거가 없는) 가능성을 열어두"라는 충고는 가슴 깊이 새기겠습니다.
        엔지니어라면 당연히 가져야할 마음가짐이 겠지요.
         
        따금한 충고에 진심으로 감사드립니다.
        진짜 자러 갑니다 행복한 주말 보내시고 다음주에 뵙지요
        p.s 변명좀 하겠습니다
        요즘 전문가라는 표현이 너무 부담스럽습니다. 테드에서 어떤 회원님과 이야기 할때 잠깐 학위이야기를 하며 따지듯이 물었던 것이 화근이 된것 같습니다. 당시에는 일이 이리 일파 만파 커질지 몰랐어요
        그리고 일이 이렇게 커지자 이리저리 연락을 돌리고 지인들과 이야기 하고 넷 상에서 뭔가 이야기를 들으면 바로 전화해서 지인들에게 물어보고 있습니다
      • 공부중 2016.07.09 14:40
        1. 제 계산에 가로가 빠져있다는 건 무슨 뜻인가요?
        2. 만약 8프로의 충돌에너지 흡수라는게 제대로 계산된 값이라면, 충돌초반에 변형거동에 영향을 줄 수 있는 부위이므로 나머지 중요한 부위가 얼마나 충돌대응이 잘되어 있느냐에 따라 차이는 있겠지만 결과에 어느 정도 영향을 줄 수 있다고 생각합니다.
        하지만 제가 투싼 개발에 참여한 것도 아니고 자동차사 직원도 아니므로 개발이력을 전혀 모릅니다. 투싼 개발하면서 많은 충돌시험을 했을테고, CAE해석데이터도 어마어마하게 많을겁니다. 그러한 이력을 아시거나 그러한 정보에 접근할 수 있는 분들의 의견이 제 의견과 비교할 수 없을정도로 훨씬 신빙성이 높겠죠. 현대차 블로그에 실린 글이 그런 개발자의 실제 경험을 토대로 작성된 거라고 믿고 싶네요.
      • 이토준 2018.05.10 11:07
        세상에 자동차 구조로 들어가면 그냥 포기해야겠네요...ㅎㄷㄷ 전 그냥 드라이빙으로 만족해야겠어요..

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