KR102736844B1

KR102736844B1 - 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102736844B1
Application number: KR1020227038576A
Authority: KR
Inventors: 타카노부 사이토
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2020-05-07
Filing date: 2021-03-19
Publication date: 2024-11-29
Anticipated expiration: 2041-03-19
Also published as: JP6958670B1; KR20220162787A; CN115485689A; WO2021225037A1; JP2021177270A; MX2022013629A; EP4148408A4; US20230161930A1; EP4148408A1

Abstract

본 발명에 따른 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법은, 복수의 부품을 부품조로서 용접하는 용접점(33)이 미리 설정된 차체 모델(31)을 이용하여, 용접과 병용하여 구조용 접착제로 접착하는 최적의 위치를 구하는 것으로서, 주파수 응답 해석에 의해 차체 모델(31)에 발생하는 진동 모드에 있어서의 변형 형태를 구하는 스텝(S1)과, 구한 진동 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 차체 모델(31)에 부여하는 하중 조건을 결정하는 스텝(S3)과, 접착하는 후보가 되는 위치에 접착 후보(53)를 설정하는 스텝(S5)과, 접착 후보(53)의 최적화 해석을 행하는 최적화 해석 조건을 설정하는 스텝(S7)과, 스텝(S3)에서 결정한 하중 조건하에서 최적화 해석 조건을 충족하는 접착 후보(53)를 최적 접착부(55)로서 구하는 스텝(S9)을 포함한다.

Description

차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 장치

본 발명은, 자동차의 차체(automotive body)의 접착 위치(adhesion position)의 최적화 해석 방법(optimized analysis method) 및 장치에 관한 것으로, 특히, 용접(welding)과 구조용 접착제(structural adhesive)를 병용한 경우에 있어서 차체(automotive body)의 진동 특성(vibration characteristics)에 따른 동적 강성(dynamic stiffness)을 향상시키기 위해 상기 구조용 접착제의 최적의 접착 위치를 구하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 장치에 관한 것이다.

구조체(structural body)의 강성(stiffness)의 지표에는 정적 강성(static stiffness)과 동적 강성(dynamic stiffness)이 있다. 정적 강성은, 훅의 법칙(Hooke's law)에 따라, 구조체의 질량(mass)과는 무관계하게 스프링 정수(spring constant)가 증가하면 향상한다. 이에 대하여, 동적 강성은, 가진점(vibration point)으로부터의 주기적인 하중(periodic load)의 입력에 따라 구조체의 형상이 주기적으로 변화하는 경우에 있어서는, 그의 진동 특성이 관계한다. 예를 들면 1자유도계(single-degree of freedom system)의 진동에 있어서의 동적 강성은, 구조체의 강성(K)(다자유도계(multi-degree of freedom system)의 진동의 경우는 강성 매트릭스(stiffness matrix)에 상당)과 구조체의 질량(M)을 이용하여 ω＝(K/M)^0.5로 나타나는 진동수(frequency)(ω)에 의해 평가되고, 강성(K)을 증가시킴으로써 진동수(ω)가 높아지면, 동적 강성은 향상한다.

그러나, 구조체의 강성(K)이 증가해도 질량(M)이 증가하면 진동수(ω)가 높아지지 않는 경우도 있고, 이러한 경우에는 동적 강성은 향상하지 않는다. 그 때문에, 동적 강성을 향상시키기 위해, 구조체를 경량화(weight reduction)(질량(M)을 저감)하여 강성(K)을 향상시키는 것이 유효하다. 그러나, 일반적으로는 질량(M)이 증가하면 강성(K)도 증가하기 때문에, 강성(K)을 증가시키는 것과 경량화는 상반되어 쌍방을 동시에 달성하는 것은 매우 어렵다. 그렇기 때문에, 구조체의 진동 특성을 적정화하여 동적 강성을 향상하는 데에는 시행 착오적인 대응이 많았다.

최근, 특히 자동차 산업(automotive industry)에 있어서는 환경 문제에 기인한 차체의 경량화가 진행되고 있어, 차체의 설계에 컴퓨터 지원 공학(computer aided engineering)에 의한 해석(이하, 「CAE 해석」이라고 함)은 없어서는 안될 기술이 되어 있다. 이 CAE 해석에서는 수리 최적화(mathematical optimization), 판두께 최적화(sheet thickness optimization), 형상 최적화(shape optimization), 토폴로지 최적화(topology optimization) 등의 최적화 기술을 이용함으로써 강성의 향상이나 경량화가 도모되는 것이 알려져 있고, 예를 들면 엔진 블록(engine block) 등의 주물(casting)의 구조 최적화(structural optimization)에 자주 이용되고 있다.

최적화 기술 중에서, 특히 토폴로지 최적화가 주목받고 있다. 토폴로지 최적화는, 어느 정도의 크기의 설계 공간(design space)을 구조체에 형성하고, 당해 설계 공간에 입체 요소(three-dimensional element)를 조입하여, 부여된 조건을 충족하고, 또한 필요 최소한의 입체 요소의 부분을 남겨 최적 형상(optimal shape)을 얻는다는 방법이다. 그 때문에, 토폴로지 최적화는, 설계 공간을 이루는 입체 요소에 직접 구속(restraint)을 행하여, 직접 하중(load)을 가하는 방법이 이용된다. 이러한 토폴로지 최적화에 관한 기술로서, 복잡한 구조체의 컴포넌트(component)의 토폴로지 최적화를 위한 방법이 특허문헌 1에 개시되어 있다.

일본공개특허공보 2010-250818호

차체와 같은 구조체는, 복수의 부품(part)을 용접 등에 의해 부품조(parts assembly)로서 접합(bonding and joining)함으로써 형성되어 있지만, 차체의 강성을 향상시키기 위해서는, 부품끼리를 접합하는 용접과 병용하여 구조용 접착제를 도포하여 접착(adhesive bonding)하는 것이 유효한 것이 알려져 있다. 그러나, 차체의 부품끼리를 접합하는 모든 플랜지부(flange portion)를 접착하려면, 구조용 접착제를 100m 이상의 길이에 도포할 필요가 있어, 시간이 걸려 생산 능률 및 생산 비용의 면에서 문제가 발생한다.

그래서, 차체의 강성을 향상시키기 위해, 특허문헌 1에 개시된 최적화 기술을 적용함으로써, 용접과 병용하여 구조용 접착제로 접착하는 최적의 위치를 구하는 것이 고려된다. 또한, 최적화 기술에 의해 차체의 동적 강성을 향상시키려면, 차체의 진동에 대한 접착 위치의 최적화가 필요해진다. 그러나, 특허문헌 1에 개시된 최적화 기술은, 진동하고 있는 차체를 최적화의 대상으로 하는 것이 아니라 정적인 상태(static state)에서의 설계 수단이다. 이 때문에, 차체에 주기적인 하중이 입력되어 진동하고 있는 차체를 타깃으로 하여, 용접과 구조용 접착제에 의한 접착을 병용한 경우에, 상기 구조용 접착제를 도포하여 접착하는 위치를 직접 최적화할 수는 없었다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 차체의 진동 특성에 따른 동적 강성을 향상시키기 위해, 당해 차체에 있어서의 부품조를 접합하는 용접과 병용하여, 구조용 접착제에 의해 상기 부품조를 접착하는 최적의 위치를 구하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제1 태양(態樣)에 따른 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법은, 평면 요소(two-dimensional element) 및/또는 입체 요소로 이루어지는 복수의 부품을 갖고, 당해 복수의 부품을 부품조로서 용접하는 용접부(welding portion)가 미리 설정되어 있는 차체 모델을 이용하여, 컴퓨터가 이하의 각 스텝을 행하고, 상기 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 상기 부품조를 접착하는 최적의 위치를 구하는 것으로서, 상기 차체 모델에 소정의 가진 조건(excitation condition)을 부여하여 주파수 응답 해석(frequency response analysis)을 행하여, 상기 차체 모델에 발생하는 진동 모드(vibration mode) 및 당해 진동 모드에 있어서의 변형 형태(deformation state)를 구하는 주파수 응답 해석 스텝과, 당해 구한 진동 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 상기 차체 모델에 부여하는 하중 조건(loading condition)을 결정하는 하중 조건 결정 스텝과, 상기 부품조를 접착하는 후보가 되는 접착 후보(adhesive bonding candidate)를 상기 차체 모델에 설정한 최적화 해석 모델을 생성하는 최적화 해석 모델 생성 스텝과, 당해 생성한 최적화 해석 모델에 설정한 접착 후보를 최적화의 대상으로 하는 최적화 해석을 행하기 위한 최적화 해석 조건을 설정하는 최적화 해석 조건 설정 스텝과, 상기 하중 조건 결정 스텝에 있어서 결정한 하중 조건을 상기 최적화 해석 모델에 부여하여 최적화 해석을 행하여, 상기 최적화 해석 조건을 충족하는 접착 후보를 상기 각 부품조를 접착하는 최적 접착부(optimal adhesion portion)로서 구하는 최적화 해석 스텝을 포함한다.

본 발명의 제2 태양에 따른 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법은, 평면 요소 및/또는 입체 요소로 이루어지는 복수의 부품을 갖고, 당해 복수의 부품을 부품조로서 용접하는 용접부가 미리 설정되어 있는 차체 모델을 이용하여, 컴퓨터가 이하의 각 스텝을 행하고, 상기 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 상기 부품조를 접착하는 최적의 위치를 구하는 것으로서, 상기 차체 모델의 고유값 해석(eigenvalue analysis)을 행하여, 상기 차체 모델에 발생하는 진동 모드 및 당해 진동 모드에 있어서의 변형 형태를 구하는 고유값 해석 스텝과, 당해 구한 진동 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 상기 차체 모델에 부여하는 하중 조건을 결정하는 하중 조건 결정 스텝과, 상기 부품조를 접착하는 후보가 되는 접착 후보를 상기 차체 모델에 설정한 최적화 해석 모델을 생성하는 최적화 해석 모델 생성 스텝과, 당해 생성한 최적화 해석 모델에 설정한 접착 후보를 최적화의 대상으로 하는 최적화 해석을 행하기 위한 최적화 해석 조건을 설정하는 최적화 해석 조건 설정 스텝과, 상기 하중 조건 결정 스텝에 있어서 결정한 하중 조건을 상기 최적화 해석 모델에 부여하여 최적화 해석을 행하여, 상기 최적화 해석 조건을 충족하는 접착 후보를 상기 각 부품조를 접착하는 최적 접착부로서 구하는 최적화 해석 스텝을 포함한다.

본 발명의 제1 태양에 따른 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치는, 평면 요소 및/또는 입체 요소로 이루어지는 복수의 부품을 갖고, 당해 복수의 부품을 부품조로서 용접하는 용접부가 미리 설정되어 있는 차체 모델을 이용하여, 상기 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 상기 부품조를 접착하는 최적의 위치를 구하는 최적화 해석을 행하는 것으로서, 상기 차체 모델에 소정의 가진 조건을 부여하여 주파수 응답 해석을 행하여, 상기 차체 모델에 발생하는 진동 모드 및 당해 진동 모드에 있어서의 변형 형태를 구하는 주파수 응답 해석부(unit)와, 당해 구한 진동 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 상기 차체 모델에 부여하는 하중 조건을 결정하는 하중 조건 결정부와, 상기 부품조를 접착하는 후보가 되는 접착 후보를 상기 차체 모델에 설정한 최적화 해석 모델을 생성하는 최적화 해석 모델 생성부와, 당해 생성한 최적화 해석 모델에 설정한 접착 후보를 최적화의 대상으로 하는 최적화 해석을 행하기 위한 최적화 해석 조건을 설정하는 최적화 해석 조건 설정부와, 당해 최적화 해석 조건을 설정한 상기 최적화 해석 모델에 대하여 상기 하중 조건 결정부에 의해 결정된 하중 조건을 부여하여 최적화 해석을 행하여, 상기 최적화 해석 조건을 충족하는 접착 후보를 상기 각 부품조를 접착하는 최적 접착부로서 구하는 최적화 해석부를 구비한다.

본 발명의 제2 태양에 따른 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치는, 평면 요소 및/또는 입체 요소로 이루어지는 복수의 부품을 갖고, 당해 복수의 부품을 부품조로서 용접하는 용접부가 미리 설정되어 있는 차체 모델을 이용하여, 상기 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 상기 부품조를 접착하는 최적의 위치를 구하는 최적화 해석을 행하는 것으로서, 상기 차체 모델의 고유값 해석을 행하여, 상기 차체 모델에 발생하는 진동 모드 및 당해 진동 모드에 있어서의 변형 형태를 구하는 고유값 해석부와, 당해 구한 진동 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 상기 차체 모델에 부여하는 하중 조건을 결정하는 하중 조건 결정부와, 상기 부품조를 접착하는 후보가 되는 접착 후보를 상기 차체 모델에 설정한 최적화 해석 모델을 생성하는 최적화 해석 모델 생성부와, 당해 생성한 최적화 해석 모델에 설정한 접착 후보를 최적화의 대상으로 하는 최적화 해석을 행하기 위한 최적화 해석 조건을 설정하는 최적화 해석 조건 설정부와, 당해 최적화 해석 조건을 설정한 상기 최적화 해석 모델에 대하여 상기 하중 조건 결정부에 의해 결정된 하중 조건을 부여하여 최적화 해석을 행하여, 상기 최적화 해석 조건을 충족하는 접착 후보를 상기 각 부품조를 접착하는 최적 접착부로서 구하는 최적화 해석부를 구비한다.

본 발명에 의하면, 차체의 진동 특성에 따른 동적 강성을 향상시키기 위해 용접부와 병용하여 부품조를 구조용 접착제로 접착하는 최적의 위치를 구할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치의 블록도(block diagram)이다.
도 2는, 본 실시 형태에서 해석 대상으로 하는 차체 모델에 미리 설정되어 있는 용접부와, 당해 차체 모델에 최적화의 후보가 되는 추가의 접착 후보를 나타내는 측면도 및 사시도이다((a): 미리 설정되어 있는 용접부, (b): 추가의 접착 후보).
도 3은, 본 발명의 실시 형태에 있어서, 주파수 응답 해석에 의해 구해진 진동 모드에 있어서의 차체 모델의 변형의 모습을 나타내는 사시도이다((a) 비틀림 모드(torsional mode), (b) 굽힘 모드(bending mode)).
도 4는, 본 발명의 실시 형태에 있어서, 주파수 응답 해석에 의해 구한 진동 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 하중 조건으로서 선택되는 하중 조건의 종류를 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태에 있어서, 주파수 응답 해석에 의해 구해진 진동 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 차체 모델의 하중 조건과, 당해 하중 조건을 부하한 차체 모델의 변형을 나타내는 사시도이다((a) 하중 조건, (b) 차체 모델의 변형 형태).
도 6은, 본 실시 형태에 있어서, 최적화 해석의 대상이 되는 접착 후보의 생성과, 최적화 해석에 있어서의 최적 접착부의 선출을 설명하는 설명도이다((a): 부품조에 미리 설정된 용접부, (b): 접착 후보의 생성, (c): 최적 접착부의 선출).
도 7은, 본 발명의 실시 형태에 따른 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법의 처리의 흐름을 나타내는 플로우도이다.
도 8은, 본 발명의 실시 형태의 다른 태양에 따른 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치의 블록도이다.
도 9는, 본 발명의 실시 형태의 다른 태양에 따른 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법의 처리의 흐름을 나타내는 플로우도이다.
도 10은, 본 발명의 실시 형태의 다른 태양에 있어서, 고유값 해석에 의해 구해진 진동 모드에 있어서의 차체 모델의 변형의 모습을 나타내는 사시도이다((a) 비틀림 모드, (b) 굽힘 모드).
도 11은, 주파수 응답 해석에 의해 구해진 비틀림 모드의 변형에 대응한 하중 조건하에서 최적화된 최적 접착부를 나타내는 측면도 및 사시도이다((a) 도포 길이 79m, (b) 도포 길이 54m).
도 12는, 주파수 응답 해석에 의해 구한 비틀림 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 하중 조건하에서 최적화된 최적 접착부를 나타내는 도면이다((a) 도포 길이 28m, (b) 도포 길이 14m).
도 13은, 주파수 응답 해석에 의해 구해진 굽힘 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 하중 조건하에서 최적화된 최적 접착부를 나타내는 도면이다((a) 도포 길이: 79m, (b) 도포 길이: 54m).
도 14는, 주파수 응답 해석에 의해 구해진 굽힘 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 하중 조건하에서 최적화된 최적 접착부를 나타내는 도면이다((a) 도포 길이: 28m, (b) 도포 길이: 14m).
도 15는, 주파수 응답 해석에 의해 구해진 비틀림 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 하중 조건하에서 최적화되고, 최적 접착부가 설정된 최적화 해석 모델의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다.
도 16은, 주파수 응답 해석에 의해 구해진 굽힘 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 하중 조건하에서 최적화되고, 최적 접착부가 설정된 최적화 해석 모델의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다.
도 17은, 주파수 응답 해석에 의해 구해진 비틀림 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 하중 조건하에서 최적화된 최적 접착부의 도포 길이와 주파수 변화율(frequency change rate)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18은, 주파수 응답 해석에 의해 구해진 굽힘 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 하중 조건하에서 최적화된 최적 접착부의 도포 길이와 주파수 변화율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 19는, 고유값 해석에 의해 구해진 비틀림 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 하중 조건하에서 최적화된 최적 접착부의 도포 길이와 주파수 변화율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 20은, 고유값 해석에 의해 구해진 굽힘 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 하중 조건하에서 최적화된 최적 접착부의 도포 길이와 주파수 변화율의 관계를 나타내는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명의 실시 형태에 따른 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 장치를, 도 1∼도 10을 참조하여 이하에 설명한다. 또한, 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 장치의 설명에 앞서, 본 발명에서 대상으로 하는 차체 모델에 대해서 설명한다.

<차체 모델>

본 발명에서 대상으로 하는 차체 모델은, 차체 골격 부품(body frame parts)이나 섀시 부품(chassis parts) 등과 같은 복수의 부품으로 구성된 것이다. 차체 모델의 각 부품은, 평면 요소 및/또는 입체 요소를 사용하여 모델화된 것으로서, 각 부품을 부품조로서 용접하는 용접부가 미리 설정되어 있다.

차체 모델(31)의 일 예를 도 2(a)에 나타낸다. 차체 모델(31)에는, 부품조마다 용접하는 용접부로서, 스폿 용접(spot welding)된 용접점(welding point)(33)이 미리 설정되어 있다.

본 발명은, 차체 모델(31)에 하중이 작용하여 발생하는 변형 거동(deformation behavior)이나 진동 거동(vibration behavior) 등을 취급하는 것이기 때문에, 차체 모델(31)에 있어서의 각 부품은, 탄성체(elastic body) 혹은 점탄성체(viscoelastic body) 또는 탄소성체(elastoplastic body)로서 모델화된 것이다. 그리고, 차체 모델(31)을 구성하는 각 부품의 재료 특성(material property)이나 요소 정보(element information), 나아가서는, 각 부품조에 있어서의 용접점(33)(도 2(a)) 등에 관한 정보는, 후술하는 차체 모델 파일(23)(도 1 참조)에 격납되어 있다.

또한, 본 발명에 따른 차체 모델의 용접부는, 도 2(a)에 나타내는 용접점(33)과 같은 점 접합(point joining)에 한정하지 않고, 아크 용접(elastic arc welding)이나 레이저 용접(laser beam welding)에 의해 연속 접합(continuous joining)된 것을 포함한다.

<차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치>

본 발명의 실시 형태에 따른 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치(이하, 간단히 「최적화 해석 장치」라고 함)의 구성에 대해서, 이하에 설명한다.

본 실시 형태에 따른 최적화 해석 장치(1)는, 차체 모델(31)(도 2(a) 참조)을 구성하는 복수의 부품을 부품조로서 접합하는 용접과 병용하여 추가하는 구조용 접착제로 접착하는 최적의 위치를 구하는 것이다. 최적화 해석 장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, PC(퍼스널 컴퓨터) 등에 의해 구성되고, 표시 장치(display device)(3), 입력 장치(input device)(5), 기억 장치(memory storage)(7), 작업용 데이터 메모리(working data memory)(9) 및 연산 처리부(arithmetic processing unit)(11)를 갖고 있다. 그리고, 표시 장치(3), 입력 장치(5), 기억 장치(7) 및 작업용 데이터 메모리(9)는, 연산 처리부(11)에 접속되어, 연산 처리부(11)로부터의 지령에 의해 각각의 기능이 실행된다.

이하, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이 복수의 부품을 부품조로서 용접하는 용접점(33)이 미리 설정되어 있는 차체 모델(31)을 이용하여, 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 부품조를 접착하는 최적의 위치를 구하는 예에 대해서, 본 실시 형태에 따른 최적화 해석 장치(1)의 각 구성 요소의 기능을 설명한다.

≪표시 장치≫

표시 장치(3)는, 해석 결과 등의 표시에 이용되고, 액정 모니터(LCD monitor) 등으로 구성된다.

≪입력 장치≫

입력 장치(5)는, 차체 모델 파일(23)의 표시 지시나 조작자의 조건 입력 등에 이용되고, 키보드나 마우스 등으로 구성된다.

≪기억 장치≫

기억 장치(7)는, 차체 모델 파일(23) 등의 각종 파일의 기억 등에 이용되고, 하드 디스크 등으로 구성된다.

≪작업용 데이터 메모리≫

작업용 데이터 메모리(9)는, 연산 처리부(11)에서 사용하는 데이터의 일시 보존이나 연산에 이용되고, RAM(Random Access Memory) 등으로 구성된다.

≪연산 처리부≫

연산 처리부(11)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 주파수 응답 해석부(13)와, 하중 조건 결정부(15)와, 최적화 해석 모델 생성부(17)와, 최적화 해석 조건 설정부(19)와, 최적화 해석부(21)를 갖고, PC 등의 CPU(중앙 연산 처리 장치(central processing unit))에 의해 구성된다. 이들 각 부는, CPU가 소정의 프로그램을 실행함으로써 기능한다. 이하, 연산 처리부(11)의 각 부의 기능을 설명한다.

(주파수 응답 해석부)

주파수 응답 해석부(13)는, 차체 모델(31)에 소정의 가진 조건을 부여하여 주파수 응답 해석을 행하여, 차체 모델(31)에 발생하는 진동 모드 및 당해 진동 모드에 있어서의 변형 형태를 구하는 것이다.

주파수 응답 해석이란, 구조체에 정상적인 정현파(sign wave) 하중이 입력하는 가진 조건을 부여했을 때의 당해 구조체의 변위(displacement) 등의 응답을 나타내는 진동 모드 및 당해 진동 모드에 있어서의 변형 형태를 구하는 해석 수법이다.

본 실시 형태에 있어서의 주파수 응답 해석의 예에서는, 차체 모델(31)의 좌우의 리어 서스펜션(rear suspension) 부착부에 차체 상 방향으로 정현파 하중을 입력하는 가진 조건을 부여했다.

도 3에, 일 예로서, 주파수 응답 해석에 의해 구한 진동 모드인 비틀림 모드 및 굽힘 모드 각각에 있어서의 차체 모델(31)의 변형의 모습을 나타낸다.

도 3(a)에 나타내는 비틀림 모드에 있어서는, 차체 모델(31)에 있어서의 리어측(도면 중의 파선 타원으로 둘러싼 부위)이 좌우에서 차체 상하 방향으로 역방향으로 변형하고 있다. 한편, 도 3(b)에 나타내는 굽힘 모드에 있어서는, 차체 모델(31)에 있어서의 리어측(도면 중의 파선 타원으로 둘러싼 부위)이 좌우 함께 차체 상 방향으로 변형하고 있다.

또한, 주파수 응답 해석부(13)에 의한 주파수 응답 해석에서 부여하는 가진 조건은 상기의 것에 한정되는 것이 아니고, 대상으로 하는 차체 모델(31)의 변형에 따라서 가진 조건을 적절히 부여하면 좋다.

(하중 조건 결정부)

하중 조건 결정부(15)는, 주파수 응답 해석부(13)에 의해 구한 진동 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 차체 모델(31)에 부여하는 하중 조건(하중을 부하하는 위치, 방향, 크기)을 결정하는 것이다. 그리고, 진동 모드에 있어서의 변형 형태는, 예를 들면, 차체 모델(31)의 변위 총합이 최대가 되는 시점에서의 차체 모델(31)의 변형으로 하면 좋다.

본 실시 형태에 있어서, 하중 조건 결정부(15)에 의해 결정하는 하중 조건은, 도 4에 나타내는 8개의 하중 조건 (a)∼(h) 중으로부터 선택했다. 또한, 하중의 크기 이외의 이들 하중 조건 (a)∼(h)는, 차체 모델(31)의 강성 해석(stiffness analysis) 등에서 일반적으로 부여되는 하중 조건이다.

도 4에 나타내는 하중 조건 (a)∼(h)는, 각각, 이하와 같다.

(a) 프런트 굽힘(front bending): 좌우의 프런트 서스펜션 부착부(35)의 양쪽에 차체 상 방향(또는 차체 하 방향)으로 동일한 방향의 하중을 부하하는 하중 조건이다.

(b) 프런트 비틀림(front torsion): 좌우의 프런트 서스펜션 부착부(35)의 한쪽에 차체 상 방향의 하중을 부하하고, 다른 한쪽의 프런트 서스펜션 부착부(35)에 차체 하 방향의 하중을 부하하는 하중 조건이다.

(c) 리어 굽힘(rear bending): 좌우의 리어 서스펜션 부착부(37)의 양쪽에 차체 상 방향(또는 차체 하 방향)으로 동일한 방향의 하중을 부하하는 하중 조건이다.

(d) 리어 비틀림(rear torsion): 좌우의 리어 서스펜션 부착부(37)의 한쪽에 차체 상 방향의 하중을 부하하고, 다른 한쪽의 리어 서스펜션 부착부(37)에 차체 하 방향의 하중을 부하하는 하중 조건이다.

(e) 프런트 편륜(front one wheel loading): 좌우의 프런트 서스펜션 부착부(35)의 어느 한쪽에 차체 상 방향(또는 차체 하 방향)의 하중을 부하하는 하중 조건이다.

(f) 프런트 가로 굽힘(front side bending): 프런트 서브 프레임(front subframe) 부착부(39)에 차체 폭 방향의 하중을 부하하는 하중 조건이다.

(g) 리어 편륜(rear one wheel loading): 좌우의 리어 서스펜션 부착부(37)의 어느 한쪽에 차체 상 방향(또는 차체 하 방향)의 하중을 부하하는 하중 조건이다.

(h) 리어 가로 굽힘(rear side bending): 리어 서브 프레임(rear subframe) 부착부(41)에 차체 폭 방향의 하중을 부하하는 하중 조건이다.

이들 하중 조건을 부여한 차체 모델(31)의 변형을 나타내는 예로서, 차체 모델(31)에 리어 비틀림과 리어 굽힘의 하중 조건을 부여했을 때의 변형을 도 5에 나타낸다. 도 5(a)는, 차체 모델(31)에 부여하는 하중 조건(하중을 부하하는 위치, 방향 및 크기)이다. 도 5(b)는, 하중 조건을 부여하여 차체 모델(31)에 발생한 변위의 총합(차체 전후 방향, 차체 폭 방향 및 차체 상하 방향의 각 방향의 변위를 제곱(square)하여 평방근(square root)을 취한 값)을 나타내는 컨투어도(contour diagram)이다. 또한, 도 4에 나타내는 다른 하중 조건을 부여한 차체 모델(31)의 변형의 모습을 나타내는 도면은 생략했다.

하중 조건으로서 리어 비틀림(도 5(a)(ⅰ))을 부여한 경우, 차체 모델(31)의 리어측이 좌우에서 차체 상하 방향으로 역방향으로 변형하고 있다(도 5(b)(ⅰ)). 그 때문에, 주파수 응답 해석부(13)에 의해 구한 진동 모드가 도 3(a)에 나타내는 비틀림 모드인 경우, 하중 조건 결정부(15)는, 하중 조건으로서 도 4(d) 리어 비틀림을 선출한다.

한편, 하중 조건으로서 리어 굽힘(도 5(a)(ⅱ))을 부여한 경우, 차체 모델(31)의 리어측은 좌우 함께 차체 상 방향으로 변형하고 있다(도 5(b)(ⅱ)). 그 때문에, 주파수 응답 해석부(13)에 의해 구한 진동 모드가 도 3(b)에 나타내는 굽힘 모드인 경우, 하중 조건 결정부(15)는, 하중 조건으로서 도 4(c) 리어 굽힘을 선출한다.

이와 같이, 도 4에 나타내는 각 하중 조건을 부여했을 때의 차체 모델(31)의 변형의 모습을 미리 설정해 둠으로써, 하중 조건 결정부(15)는, 이들 하중 조건 중으로부터 주파수 응답 해석부(13)에 의해 구한 진동 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 차체 모델(31)에 부여하는 하중 조건을 선출할 수 있다.

또한, 하중 조건 결정부(15)에 의해 결정하는 하중 조건은, 도 4에 나타나 있는 방향으로 하중을 부여하는 것에 한정하지 않고, 반대 방향으로 부여하는 것이라도 좋다. 예를 들면 도 4(d)에 나타내는 리어 비틀림의 하중 조건은, 차체 모델(31)의 리어측의 좌우의 리어 서스펜션 부착부(37)의 각각에 대하여, 도 4(d)에 나타내는 하중의 방향과는 차체 상하 방향에 반대가 되는 방향으로 하중을 부여하는 것이라도 좋다.

(최적화 해석 모델 생성부)

최적화 해석 모델 생성부(17)는, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 차체 모델(31)의 부품조를 구조용 접착제에 의해 접착하는 후보가 되는 위치에 추가의 접착 후보(53)를 설정하여, 최적화 해석의 해석 대상으로 하는 최적화 해석 모델(51)을 생성하는 것이다.

최적화 해석 모델(51)에 있어서의 접착 후보(53)는, 도 6에 나타내는 처리에 의해 생성된 것이다. 구체적으로는, 차체 모델(31)이 갖는 복수의 부품을 부품조(43)로서 용접하는 부위(예를 들면 플랜지부)에 소정의 간격(D)으로 미리 설정된 용접점(33)과 겹치지 않는 위치에 접착 후보(53)를 연속적으로 배치한다.

또한, 본 발명에 있어서의 부품조(43)의 접착 후보의 배치는, 용접점(33)의 축선에 대하여 도 6과 반대측에 있어도 좋고, 용접점(33)의 축선 상이라도 좋다. 또한, 접착 후보의 폭이나 전체 길이, 혹은 용접점(33)으로부터 떼어놓는 거리 등은, 적절히 설정하면 좋다. 또한, 접착 후보는, 도 6에 나타내는 바와 같이 부품조(43)의 전체 길이에 걸쳐 연속적으로 배치하는 것에 한정하지 않고, 소정의 길이로 연속한 것을 이산적으로 배치한 것이라도 좋다. 이 경우에 있어서도, 연속한 접착 후보의 길이나 연속한 접착 후보끼리의 간격 등은 적절히 설정하면 좋다.

또한, 최적화 해석 모델(51)에 있어서의 추가의 접착 후보(53)는, 입체 요소로 이루어지는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것이 아니고, 평면 요소 및/또는 빔 요소로 이루어지는 것이라도 좋다.

(최적화 해석 조건 설정부)

최적화 해석 조건 설정부(19)는, 최적화 해석 모델 생성부(17)에 의해 생성된 최적화 해석 모델(51)에 있어서의 접착 후보(53)를 최적화의 대상으로 하는 최적화 해석을 행하기 위한 최적화 해석 조건을 설정하는 것이다.

최적화 해석 조건으로서는, 목적 조건(objectives)과 제약 조건(constraints)의 2종류를 설정한다. 목적 조건은, 최적화 해석의 목적에 따라서 설정되는 최적화 해석 조건으로, 예를 들면, 변형 에너지(strain energy)를 최소로 하거나, 흡수 에너지(absorbed energy)를 최대로 하여 발생 응력(generated stress)을 최소로 하는, 등이 있다. 목적 조건은, 1개만 설정한다. 제약 조건은, 최적화 해석을 행하는 데에 있어서 부과하는 제약으로, 예를 들면, 각 부품을 접합한 후의 차체 모델(31)로부터 생성한 최적화 해석 모델(51)이 소정의 강성을 갖도록 하거나, 잔존시키는 접착 후보를 소정의 비율(길이)로 하는 등이 있다. 제약 조건은, 복수 설정할 수 있다.

(최적화 해석부)

최적화 해석부(21)는, 하중 조건 결정부(15)로부터 결정한 하중 조건을 최적화 해석 모델(51)에 부여하여 최적화 해석을 행하여, 최적화 해석 조건을 충족하는 접착 후보(53)를 각 부품조를 접착하는 최적 접착부(55)로서 구하는 것이다. 구체적으로는, 최적화 해석부(21)는, 최적화 해석 모델(51)에 있어서의 접착 후보(53) 중, 최적화 해석 조건 설정부(19)에 의해 설정된 최적화 해석 조건(목적 조건, 제약 조건)을 충족하는 접착 후보(53)를 최적 접착부(55)로서 구한다.

예를 들면, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이 용접점(33)이 설정된 부품조(43)에 있어서, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이 용접점(33)으로부터 떼어놓고 연속적으로 배치된 접착 후보(53)를 최적화의 대상으로 하는 경우, 최적화 해석부(21)는, 도 6(c)에 나타내는 바와 같이, 최적화 해석 조건을 충족하는 접착 후보(53)를 최적 접착부(55)로서 선출한다. 그리고, 선출되지 않은 접착 후보(53)는 소거 접착부(erasing adhesion portion)(57)로서 소거된다.

또한, 최적화 해석부(21)에 의한 최적화 해석에는, 토폴로지 최적화를 적용할 수 있다. 그리고, 토폴로지 최적화에 있어서 밀도법(density method)을 이용할 때에 중간적인 밀도가 많은 경우에는, 식 (1)로 나타나는 바와 같이 이산화(discretization)하는 것이 바람직하다.

이산화에 자주 이용되는 페널티 계수(penalty coefficient)는 2 이상이지만, 본 발명에 따른 접착 위치의 최적화에 있어서는, 페널티 계수는 4 이상인 것이 바람직하다.

그리고, 토폴로지 최적화에 의해, 최적화 해석 조건 설정부(19)에서 설정된 최적화 해석 조건(목적 조건, 제약 조건, 하중 조건)을 충족하지 않는 접착 후보는 소거(erase)되고, 당해 최적화 해석 조건을 충족하는 유의한 접착 후보는 잔존(remain)하기 때문에, 당해 잔존한 접착 후보의 위치를 구조용 접착제로 접착하는 위치로서 결정할 수 있다.

예를 들면, 도 6(b)와 같이 연속적으로 배치한 접착 후보(53)를 해석 대상으로 하여 최적화 해석을 행하여, 도 6(c)에 나타내는 바와 같이, 최적화 해석 조건을 충족하는 최적 접착부(55)가 잔존하고 나머지의 소거 접착부(57)가 소거된 경우, 잔존한 최적 접착부(55)의 위치를, 구조용 접착제를 도포하여 접착하는 최적의 위치로서 구하면 좋다. 또한, 용접점(33)에 중첩하도록 접착 후보를 배치한 경우(도시 없음)에 있어서도, 최적화 해석 조건을 충족하도록 잔존한 최적 접착부의 위치를, 구조용 접착제를 도포하여 접착하는 최적의 위치로서 구하면 좋다.

또한, 최적화 해석부(21)는, 토폴로지 최적화에 의한 최적화 처리를 행하는 것이라도 좋고, 다른 계산 방식에 의한 최적화 처리를 행하는 것이라도 좋다. 그리고, 최적화 해석부(21)로서는, 예를 들면 시판되고 있는 유한 요소법(finite element method)을 이용한 최적화 해석 소프트를 이용할 수 있다.

또한, 최적화 해석부(21)에 의한 최적화 해석에 있어서는, 관성 릴리프법(inertia relief method)에 의해 자동차의 주행 시에 작용하는 관성력(inertia force)을 고려한다. 관성 릴리프법이란, 관성력의 좌표의 기준이 되는 지지점에 있어서 물체가 지지된 상태(자유 지지 상태(free support))에서 등가속도 운동(constant acceleration motion) 중의 물체에 작용하는 힘으로부터 응력이나 변형을 구하는 해석 수법으로, 운동 중의 비행기나 배의 정해석(static analysis)에 사용되고 있다.

<차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법>

본 발명의 실시 형태에 따른 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법(이하, 간단히, 「최적화 해석 방법」이라고 함)은, 차체 모델(31)을 구성하는 복수의 부품을 부품조로서 접합하는 용접과 병용하여, 구조용 접착제로 접착하는 최적의 위치를 구하는 것이다. 최적화 해석 방법은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 주파수 응답 해석 스텝 S1과, 하중 조건 결정 스텝 S3과, 최적화 해석 모델 생성 스텝 S5와, 최적화 해석 조건 설정 스텝 S7과, 최적화 해석 스텝 S9를 포함한다. 이하, 이들 각 스텝에 대해서 설명한다. 또한, 각 스텝 모두 컴퓨터에 의해 구성된 최적화 해석 장치(1)(도 1)가 행하는 것으로 한다.

≪주파수 응답 해석 스텝≫

주파수 응답 해석 스텝 S1은, 차체 모델(31)에 소정의 가진 조건을 부여하여 주파수 응답 해석을 행하여, 차체 모델(31)에 발생하는 진동 모드 및 당해 진동 모드에 있어서의 변형 형태를 구하는 스텝이다. 도 1에 나타내는 최적화 해석 장치(1)에 있어서는 주파수 응답 해석부(13)가 행한다.

그리고, 주파수 응답 해석에 있어서의 가진 조건으로서, 본 실시 형태에서는, 차체 모델(31)의 리어 서스펜션 부착부(37)(도 4(c) 참조)에 대하여 차체 상 방향으로 정현파 하중을 입력하는 가진 조건을 부여했다.

또한, 주파수 응답 해석 스텝 S1에 있어서의 주파수 응답 해석에서 부여하는 가진 조건은 상기의 것에 한정되는 것이 아니고, 대상으로 하는 차체 모델(31)의 변형에 따라서 가진 조건을 적절히 부여하면 좋다.

≪하중 조건 결정 스텝≫

하중 조건 결정 스텝 S3은, 주파수 응답 해석 스텝 S1에 있어서 구한 진동 모드에 있어서의 변형 형태에 대응하여 차체 모델(31)에 부여하는 하중 조건을 결정하는 스텝으로, 도 1에 나타내는 최적화 해석 장치(1)에 있어서는 하중 조건 결정부(15)가 행한다.

본 실시 형태에 따른 최적화 해석 방법에 있어서, 하중 조건 결정 스텝 S3은, 도 4에 나타내는 8개의 하중 조건 (a)∼(h) 중으로부터 1개 또는 복수의 하중 조건을 선출했다. 다만, 하중 조건 결정 스텝 S3은, 차체 모델(31)에 입력하는 하중의 위치(프런트 서스펜션 부착부(35), 리어 서스펜션 부착부(37) 등), 하중의 방향 및 크기를 적절히 변경하여, 주파수 응답 해석 스텝 S1에서 구한 진동 모드에 있어서의 변형 형태를 보다 양호하게 차체 모델(31)에 부여할 수 있는 하중 조건을 결정해도 좋다.

≪최적화 해석 모델 생성 스텝≫

최적화 해석 모델 생성 스텝 S5는, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 차체 모델(31)의 부품을 부품조로서 접합하는 후보가 되는 추가의 접착 후보(53)를 설정하여, 최적화 해석의 해석 대상으로 하는 최적화 해석 모델(51)을 생성하는 스텝이다. 도 1에 나타내는 최적화 해석 장치(1)에 있어서는 최적화 해석 모델 생성부(17)가 행한다.

본 실시 형태에 있어서, 최적화 해석 모델 생성 스텝 S5는, 최적화 해석 모델(51)에 있어서의 접착 후보(53)를 도 6에 예시하는 순서에 의해 생성했다.

≪최적화 해석 조건 설정 스텝≫

최적화 해석 조건 설정 스텝 S7은, 최적화 해석 모델 생성 스텝 S5에 있어서 생성한 최적화 해석 모델(51)에 설정한 접착 후보(53)(도 6(b))를 최적화의 대상으로 하는 최적화 해석을 행하기 위한 최적화 해석 조건을 설정하는 스텝이다. 도 1에 나타내는 최적화 해석 장치(1)에 있어서는 최적화 해석 조건 설정부(19)가 행한다. 그리고, 최적화 해석 조건으로서는, 전술한 바와 같이, 목적 조건과 제약 조건의 2종류를 설정한다.

≪최적화 해석 스텝≫

최적화 해석 스텝 S9는, 하중 조건 결정 스텝 S3에 있어서 결정한 하중 조건을 최적화 해석 모델(51)에 부여하여 최적화 해석을 행하여, 최적화 해석 조건 설정 스텝 S7에 있어서 설정한 최적화 해석 조건을 충족하는 접착 후보(53)를 각 부품조에 있어서의 용접과 병용하여 접착하는 최적 접착부로서 구하는 스텝이다. 도 1에 나타내는 최적화 해석 장치(1)에 있어서는 최적화 해석부(21)가 행한다.

최적화 해석 스텝 S9에 있어서 최적 접착부를 구하는 순서로서는, 도 6(b)에 나타내는 접착 후보(53)를 최적화의 대상으로 하는 경우, 도 6(c)에 나타내는 바와 같이, 최적화 해석 조건을 충족하는 접착 후보(53)를 최적 접착부(55)로서 선출하고, 선출되지 않은 접착 후보(53)는 소거 접착부(57)로서 소거한다.

최적화 해석 스텝 S9에 있어서의 최적화 해석에는, 토폴로지 최적화를 적용할 수 있다. 또한, 토폴로지 최적화에 있어서 밀도법을 적용하는 경우, 요소의 페널티 계수의 값을 4 이상으로 설정하여 이산화를 행하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 최적화 해석에 있어서, 차체 모델(31)에 작용하는 관성력은 관성 릴리프법을 이용하여 고려한다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 장치에 의하면, 복수의 부품을 부품조로서 접합하는 용접점(33)을 갖는 차체 모델(31)(도 2)에 대해서, 차체 모델(31)의 진동 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 하중 조건을 결정하고, 상기 부품조를 구조용 접착제에 의해 접착하는 후보가 되는 접착 후보(53)를 차체 모델(31)에 설정한 최적화 해석 모델(51)을 생성하고, 생성한 최적화 해석 모델(51)에 상기 결정한 하중 조건을 부여하여 최적화 해석을 행하여, 부품조를 접착하는 최적 접착부(55)를 구한다. 이에 따라, 차체 모델(31)의 진동 특성에 따른 동적 강성을 향상시키기 위해, 용접점(33)과 병용하여 상기 부품조에 구조용 접착제를 도포하여 접착하는 최적의 위치를 구할 수 있다.

또한, 전술한 본 실시 형태에 따른 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 장치는, 주파수 응답 해석에 의해 차체 모델에 발생한 진동 모드에 있어서의 변형 형태를 구하는 것이었지만, 본 실시 형태의 다른 태양으로서, 주파수 응답 해석 대신에 고유값 해석에 의해, 차체 모델에 발생한 진동 모드에 있어서의 변형 형태를 구하는 것을 들 수 있다.

고유값 해석이란, 구조체가 갖고 있는 진동적인 특성인 고유 진동수(characteristic frequency)나 고유 모드(eigenmode)(진동 모드(mode of vibration))를 구하는 해석 수법이다. 그리고, 고유값 해석에서는, 가진 조건(입력 하중)을 필요로 하지 않고 진동 모드에 있어서의 변형 형태를 구할 수 있다.

도 8에, 본 실시 형태의 다른 태양에 따른 최적화 해석 장치(61)의 블록도를 나타낸다. 최적화 해석 장치(61)의 연산 처리부(63)는, 최적화 해석 장치(1)의 연산 처리부(11)에 있어서의 주파수 응답 해석부(13) 대신에, 차체 모델(31)의 고유값 해석을 행하는 고유값 해석부(65)를 갖는 것이다. 고유값 해석부(65) 이외의 구성 요소는, 각각, 전술한 최적화 해석 장치(1)의 주파수 응답 해석부(13) 이외의 구성 요소와 동일한 기능을 갖는 것이다.

또한, 도 9에, 본 실시 형태의 다른 태양에 따른 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법에 있어서의 처리의 흐름을 나타낸다. 도 9에 있어서의 고유값 해석 스텝 S11 이외의 각 스텝은, 각각, 전술한 도 7에 나타내는 주파수 응답 해석 스텝 S1 이외의 각 스텝과 동일한 처리를 행하는 것이다.

이러한 본 실시 형태의 다른 태양에 따른 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 장치에 있어서도, 도 10에 예로서 나타내는 바와 같이, 차체 모델(31)에 발생하는 진동 모드인 비틀림 모드와 굽힘 모드 등을 고유값 해석에 의해 구할 수 있다.

그리고, 고유값 해석에 의해 구한 진동 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 차체 모델(31)에 부여하는 하중 조건을 결정하고, 당해 결정한 하중 조건을 최적화 해석 모델(51)(도 2(b))에 부여하여 최적화 해석을 행함으로써, 차체 모델(31)에 있어서의 부품조를 접합하는 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 접착하는 최적 접착부(55)를 구할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 효과를 확인하는 해석을 행했기 때문에, 이에 대해서 설명한다. 본 실시예에서는, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이 복수의 부품을 부품조로서 용접하는 용접점(33)이 미리 설정된 차체 모델(31)을 대상으로 하여, 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 접착하는 최적의 위치를 최적화 해석에 의해 구했다.

우선, 차체 모델(31)에 대해서 주파수 응답 해석 및 고유값 해석을 행하여, 차체 모델(31)에 발생하는 진동 모드를 구했다. 본 실시예에서는, 주파수 응답 해석 및 고유값 해석의 어느 쪽에 있어서도, 진동 모드로서 비틀림 모드(도 3(a) 및 도 10(a) 참조) 및 굽힘 모드(도 3(b) 및 도 10(b) 참조)를 구했다.

다음으로, 굽힘 모드 및 비틀림 모드 각각에 있어서의 변형 형태에 대응한 차체 모델(31)에 부여하는 하중 조건을 결정했다. 하중 조건의 결정에 있어서는, 도 4에 나타내는 8개의 하중 조건 중으로부터, 비틀림 모드에 대해서는 리어 비틀림(도 4(d))의 하중 조건을, 굽힘 모드에 대해서는 리어 굽힘(도 4(c))의 하중 조건을 선출했다.

계속해서, 차체 모델(31)에 추가의 접착 후보(53)를 설정하여 최적화 해석 모델(51)을 생성했다. 접착 후보(53)의 설정에 있어서는, 도 2(a)에 나타내는 차체 모델(31)에 각 부품조에 미리 설정되어 있던 용접점(33)의 축선으로부터 접착 후보(53)를 떼어놓고, 용접점(33)과 접착 후보(53)가 겹치지 않도록 연속적으로 배치했다(도 6 참조).

계속해서, 최적화 해석 모델(51)에 대하여 최적화 해석 조건으로서 목적 조건과 제약 조건의 각각을 설정했다. 본 실시예에서는, 목적 조건은 컴플리언스(compliance)의 최소화(강성의 최대화)로 하고, 제약 조건은 잔존시키는 접착 후보의 비율(길이)로 했다.

그리고, 부여한 최적화 해석 조건하에서, 최적화 해석 모델(51)의 접착 후보(53)를 최적화의 대상으로 하여 최적화 해석을 행하여, 최적 접착부를 구했다. 본 실시예에서는, 최적 접착부의 도포 길이를 79m, 54m, 28m 및 14m로 했다. 또한, 최적화 해석에 있어서는, 관성 릴리프법에 의해 최적화 해석 모델(51)에 작용하는 관성력을 고려했다.

도 11 및 도 12에, 주파수 응답 해석에 의해 구한 진동 모드인 비틀림 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 하중 조건을 부여하여 최적화 해석을 행하여 구한 최적 접착부(55)의 결과를 나타낸다. 또한, 도 13 및 도 14에, 주파수 응답 해석에 의해 구한 진동 모드인 굽힘 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 하중 조건을 부여하여 최적화 해석을 행하여 구한 최적 접착부(55)의 결과를 나타낸다. 도 11∼도 14에 나타내는 바와 같이, 비틀림 모드 및 굽힘 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 하중 조건을 부여한 경우의 어느 것에 있어서도, 최적 접착부(55)의 도포 길이에 따라서 차체 모델(31)에 구조용 접착제를 이용하여 접착하는 최적의 위치가 구해졌다.

또한, 최적 접착부(55)가 설정된 최적화 해석 모델(51)에 대해서 주파수 응답 해석 및 고유값 해석을 행하여, 최적화 해석 모델(51)의 주파수 응답과, 최적 접착부(55)를 설정한 것에 의한 진동 특성의 변화를 구했다.

최적화 해석 모델(51)의 주파수 응답 해석에 있어서는, 리어 서스펜션 부착부(도 5(a)에 나타내는 차체 모델(31)에 있어서의 리어 서스펜션 부착부(37)와 동(同)위치)에 대하여 차체 상하 방향으로 정현파 하중을 입력하는 가진 조건을 부여했다.

주파수 응답의 결과의 일 예로서, 하중 조건 및 최적 접착부(55)의 도포 길이가 상이한 최적화 해석 모델(51)(도 11∼도 14)의 주파수 응답의 결과를 도 15 및 도 16에 나타낸다.

도 15는, 주파수 응답 해석에 의해 구한 비틀림 모드(도 3(a))의 변형 형태에 대응한 하중 조건을 부여한 최적화 해석에 의한 최적 접착부(55)를 설정한 최적화 해석 모델(51)에 있어서의 결과이다. 도 16은, 주파수 응답 해석에 의해 구한 굽힘 모드(도 3(b))의 변형 형태에 대응한 하중 조건을 부여한 최적화 해석에 의해 구한 최적 접착부(55)를 설정한 최적화 해석 모델(51)에 있어서의 결과이다.

또한, 도 15 및 도 16에 있어서, 가로축은 주파수 응답 해석에 있어서 최적화 해석 모델(51)에 발생한 진동의 주파수(㎐), 세로축은 최적화 해석 모델(51)에 발생한 진동의 가속도 레벨(acceleration level)(㏈)이다. 또한, 이들 도면 중의 base는, 최적 접착부를 설정하지 않고 용접점(33)만이 설정된 차체 모델(31)(도 2(a))의 결과이고, 131m는, 접착 후보(53) 전체 길이가 그대로 설정된 최적화 해석 모델(51)(도 2(b))의 결과이다.

도 15 및 도 16에 나타내는 주파수 응답에 있어서, 제1 피크는 비틀림 모드의 주파수이고, 제2 피크는 굽힘 모드의 진동에 있어서의 주파수이다. 그리고, 비틀림 모드 및 굽힘 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 하중 조건을 부여한 경우의 어느 쪽에 있어서도, 최적 접착부(55)의 위치에 도포함으로써, 원래의 차체 모델(31)에 비해 비틀림 모드 또는 굽힘 모드의 주파수가 높아졌다. 이 점은, 최적 접착부(55)의 위치에 구조용 접착제를 도포하여 접착함으로써, 차체에 발생하는 진동의 주파수가 높아져 동적 강성이 향상하는 것을 나타낸다.

또한, 최적화 해석 모델(51)에 설정한 최적 접착부(55)의 도포 길이와 비틀림 모드 및 굽힘 모드 각각의 주파수의 관계에 대해서 검토했다.

도 17에, 주파수 응답 해석에 의해 구한 비틀림 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 하중 조건을 부여하고, 최적화 해석에 의해 구한 최적 접착부(55)를 설정한 최적화 해석 모델(51)에 대해서, 당해 최적화 해석 모델(51)의 주파수 응답에 있어서의 비틀림 모드의 주파수 변화율의 결과를 나타낸다. 여기에서, 주파수 변화율은, 원래의 차체 모델(31)을 기준으로 하여, 최적화 해석 모델(51)의 주파수 응답에 있어서의 각 모드의 주파수의 변화를 구한 것이다.

도 17에 있어서, 가로축은, 최적화 해석 모델(51)에 설정된 최적 접착부(55)의 도포 길이이다. 또한, 도 17(a)의 세로축은, 비틀림 모드의 주파수 변화율, 도 17(b)의 세로축은, 최적 접착부(55)의 단위 길이당의 주파수 변화율(％/m)이다.

도 18에, 주파수 응답 해석에 의해 구한 굽힘 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 하중 조건을 부여하고, 최적화 해석에 의해 구한 최적 접착부(55)를 설정한 최적화 해석 모델(51)에 대해서, 당해 최적화 해석 모델(51)의 주파수 응답에 있어서의 굽힘 모드의 주파수 변화율의 결과를 나타낸다. 도 18에 있어서의 가로축 및 세로축은, 전술한 도 17과 마찬가지이다.

도 19에, 고유값 해석에 의해 구한 비틀림 모드의 변형이 되는 하중 조건을 부여하고, 최적화 해석에 의해 구한 최적 접착부(55)를 설정한 최적화 해석 모델(51)에 대해서, 당해 최적화 해석 모델(51)의 주파수 응답에 있어서의 비틀림 모드의 주파수 변화율의 결과를 나타낸다. 도 19에 있어서의 가로축 및 세로축은, 전술한 도 17과 마찬가지이다.

도 20에, 고유값 해석에 의해 구한 굽힘 모드의 변형이 되는 하중 조건을 부여하고, 최적화 해석에 의해 구한 최적 접착부(55)를 설정한 최적화 해석 모델(51)에 대해서, 당해 최적화 해석 모델(51)의 주파수 응답에 있어서의 굽힘 모드의 주파수 변화율의 결과를 나타낸다. 도 20에 있어서의 가로축 및 세로축은, 전술한 도 17과 마찬가지이다.

도 17∼도 20에 나타내는 바와 같이, 최적 접착부(55)에 구조용 접착제를 도포하면 주파수 변화율은 현저하게 향상하고, 그 후, 도포 길이가 길어지면 주파수 변화율은 더욱 서서히 향상했다. 또한, 최적 접착부(55)의 단위 길이당의 주파수 변화율은 감소했다. 따라서, 최적 접착부(55)의 위치에 구조용 접착제를 도포하여 접착함으로써, 차체의 동적 강성의 향상 효과가 얻어졌다. 또한, 최적 접착부(55)의 도포 길이가 길어지면, 그의 효과가 포화하는 결과가 되었다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명에 의하면, 차체의 진동 특성에 따른 동적 강성을 향상시키기 위해, 차체에 있어서의 부품조를 접합하는 용접과 병용하여, 구조용 접착제에 의해 부품조를 접착하는 최적의 위치를 구하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

1 : 최적화 해석 장치
3 : 표시 장치
5 : 입력 장치
7 : 기억 장치
9 : 작업용 데이터 메모리
11 : 연산 처리부
13 : 주파수 응답 해석부
15 : 하중 조건 결정부
17 : 최적화 해석 모델 생성부
19 : 최적화 해석 조건 설정부
21 : 최적화 해석부
23 : 차체 모델 파일
31 : 차체 모델
33 : 용접점
35 : 프런트 서스펜션 부착부
37 : 리어 서스펜션 부착부
39 : 프런트 서브 프레임 부착부
41 : 리어 서브 프레임 부착부
43 : 부품조
51 : 최적화 해석 모델
53 : 접착 후보
55 : 최적 접착부
57 : 소거 접착부
61 : 최적화 해석 장치
63 : 연산 처리부
65 : 고유값 해석부

Claims

평면 요소 및/또는 입체 요소로 이루어지는 복수의 부품을 갖고, 당해 복수의 부품을 부품조로(parts assembly)서 용접하는 용접부가 미리 설정되어 있는 차체 모델을 이용하여, 컴퓨터가 이하의 각 스텝을 행하고, 상기 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 상기 부품조를 접착하는 최적의 위치를 구하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법으로서,
상기 차체 모델에 소정의 가진(加振) 조건을 부여하여 주파수 응답 해석을 행하여, 상기 차체 모델에 발생하는 진동 모드 및 당해 진동 모드에 있어서의 변형 형태를 구하는 주파수 응답 해석 스텝과,
당해 구한 진동 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 상기 차체 모델에 부여하는 하중 조건을 결정하는 하중 조건 결정 스텝과,
상기 부품조를 접착하는 후보가 되는 접착 후보를 상기 차체 모델에 설정한 최적화 해석 모델을 생성하는 최적화 해석 모델 생성 스텝과,
당해 생성한 최적화 해석 모델에 설정한 접착 후보를 최적화의 대상으로 하는 최적화 해석을 행하기 위한 최적화 해석 조건을 설정하는 최적화 해석 조건 설정 스텝과,
상기 하중 조건 결정 스텝에 있어서 결정한 하중 조건을 상기 최적화 해석 모델에 부여하여 최적화 해석을 행하여, 상기 최적화 해석 조건을 충족하는 접착 후보를 상기 각 부품조를 접착하는 최적 접착부로서 구하는 최적화 해석 스텝을 포함하는, 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법.
평면 요소 및/또는 입체 요소로 이루어지는 복수의 부품을 갖고, 당해 복수의 부품을 부품조로서 용접하는 용접부가 미리 설정되어 있는 차체 모델을 이용하여, 컴퓨터가 이하의 각 스텝을 행하고, 상기 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 상기 부품조를 접착하는 최적의 위치를 구하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법으로서,
상기 차체 모델의 고유값 해석을 행하여, 상기 차체 모델에 발생하는 진동 모드 및 당해 진동 모드에 있어서의 변형 형태를 구하는 고유값 해석 스텝과,
당해 구한 진동 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 상기 차체 모델에 부여하는 하중 조건을 결정하는 하중 조건 결정 스텝과,
상기 부품조를 접착하는 후보가 되는 접착 후보를 상기 차체 모델에 설정한 최적화 해석 모델을 생성하는 최적화 해석 모델 생성 스텝과,
당해 생성한 최적화 해석 모델에 설정한 접착 후보를 최적화의 대상으로 하는 최적화 해석을 행하기 위한 최적화 해석 조건을 설정하는 최적화 해석 조건 설정 스텝과,
상기 하중 조건 결정 스텝에 있어서 결정한 하중 조건을 상기 최적화 해석 모델에 부여하여 최적화 해석을 행하여, 상기 최적화 해석 조건을 충족하는 접착 후보를 상기 각 부품조를 접착하는 최적 접착부로서 구하는 최적화 해석 스텝을 포함하는, 차체의 접착 위치의 최적화 해석 방법.
평면 요소 및/또는 입체 요소로 이루어지는 복수의 부품을 갖고, 당해 복수의 부품을 부품조로서 용접하는 용접부가 미리 설정되어 있는 차체 모델을 이용하여, 상기 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 상기 부품조를 접착하는 최적의 위치를 구하는 최적화 해석을 행하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치로서,
상기 차체 모델에 소정의 가진 조건을 부여하여 주파수 응답 해석을 행하여, 상기 차체 모델에 발생하는 진동 모드 및 당해 진동 모드에 있어서의 변형 형태를 구하는 주파수 응답 해석부와,
당해 구한 진동 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 상기 차체 모델에 부여하는 하중 조건을 결정하는 하중 조건 결정부와,
상기 부품조를 접착하는 후보가 되는 접착 후보를 상기 차체 모델에 설정한 최적화 해석 모델을 생성하는 최적화 해석 모델 생성부와,
당해 생성한 최적화 해석 모델에 설정한 접착 후보를 최적화의 대상으로 하는 최적화 해석을 행하기 위한 최적화 해석 조건을 설정하는 최적화 해석 조건 설정부와,
당해 최적화 해석 조건을 설정한 상기 최적화 해석 모델에 대하여 상기 하중 조건 결정부에 의해 결정된 하중 조건을 부여하여 최적화 해석을 행하여, 상기 최적화 해석 조건을 충족하는 접착 후보를 상기 각 부품조를 접착하는 최적 접착부로서 구하는 최적화 해석부를 구비하는, 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치.
평면 요소 및/또는 입체 요소로 이루어지는 복수의 부품을 갖고, 당해 복수의 부품을 부품조로서 용접하는 용접부가 미리 설정되어 있는 차체 모델을 이용하여, 상기 용접과 병용하여 구조용 접착제에 의해 상기 부품조를 접착하는 최적의 위치를 구하는 최적화 해석을 행하는 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치로서,
상기 차체 모델의 고유값 해석을 행하여, 상기 차체 모델에 발생하는 진동 모드 및 당해 진동 모드에 있어서의 변형 형태를 구하는 고유값 해석부와,
당해 구한 진동 모드에 있어서의 변형 형태에 대응한 상기 차체 모델에 부여하는 하중 조건을 결정하는 하중 조건 결정부와,
상기 부품조를 접착하는 후보가 되는 접착 후보를 상기 차체 모델에 설정한 최적화 해석 모델을 생성하는 최적화 해석 모델 생성부와,
당해 생성한 최적화 해석 모델에 설정한 접착 후보를 최적화의 대상으로 하는 최적화 해석을 행하기 위한 최적화 해석 조건을 설정하는 최적화 해석 조건 설정부와,
당해 최적화 해석 조건을 설정한 상기 최적화 해석 모델에 대하여 상기 하중 조건 결정부에 의해 결정된 하중 조건을 부여하여 최적화 해석을 행하여, 상기 최적화 해석 조건을 충족하는 접착 후보를 상기 각 부품조를 접착하는 최적 접착부로서 구하는 최적화 해석부를 구비하는, 차체의 접착 위치의 최적화 해석 장치.