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ㆍ제품: 전자동 세탁기 (Top loading 방식)

ㆍ해석목적: 전자동 세탁기의 진동 특성 재현 및 진동 저감 장치(서스펜션, 유체 밸런서)에 따른 진동 저감 특성 비교

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세탁기는 세탁 및 탈수 과정에서 큰 진동과 이로 인한 소음이 발생한다.

이러한 진동과 소음은 세탁기에 대한 고객 만족도에 많은 영향을 주기 때문에 세탁기 개발 과정에서도 중요한 요소라 할 수 있다. 세탁기의 진동 저감 장치로는 서스펜션, 유체 밸런서와 같은 다양한 감진 장치가 사용된다.

본 사례에서는 RecurDyn을 이용하여 4개의 서스펜션이 사용되는 전자동 세탁기의 가상 모델을 만들고 시뮬레이션 하여 진동 특성을 분석하고 서스펜션의 종류 및 유체 밸런서의 구조 형상이 진동 특성에 미치는 영향을 비교하였다. 시뮬레이션을 통해 세탁기의 진동 현상이 잘 재현되었으며, 그 결과는 실제 시험과 잘 일치하였다. 본 사례에서 개발된 가상 세탁기 모델은 향후 가상 환경을 이용한 세탁기의 설계 개선, 문제점 보완 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

주요 작업 프로세스

① 세탁기에 사용되는 서스펜션에 대한 정밀한 동역학 모델링

② 세탁기에 사용되는 서스펜션에 대한 정밀한 동역학 모델링

③ 전체 세탁기의 시뮬레이션 및 진동 특성 분석

④ CFD와의 연성 해석을 이용하여, 유체 밸런서를 모델링하고 이를 반영한 시뮬레이션 수행

⑤ 세탁기 진동 저감 장치(서스펜션 및 유체 밸런서)의 효과 및 세탁기 진동 발생 매커니즘 규명

주요 해석 기술

• 세탁기 서스펜션에 대한 비선형 특성의 수학적 모델링 (마찰, 공압, 점탄성)

• 파라미터 모델링을 이용한 효율적인 모델링 및 최적화

• 서브시스템을 이용한 모델링 시간 단축

• Particleworks를 이용한 입자 기반 CFD

• RecurDyn과 Particleworks의 통합 해석 (MBD – CFD 연성)

• 진동 특성 분석을 위한 후처리 (FFT, Campbell Plot 등)

관련 제품

• RecurDyn/Professional

• RecurDyn/AutoDesign

• Particleworks Interface

고객이 직면한 문제점

• 세탁기 진동 평가를 위한 정확한 시뮬레이션 모델이 필요

• 세탁물의 다양한 무게 및 편심 조건에 대한 진동 평가

• 정밀한 모델링이 요구되는 서스펜션의 비선형 특성

• 유채 밸런서의 영향을 고려한 세탁기 진동 평가 시뮬레이션 기술 필요

• 세탁기의 탈수 진동 메커니즘 규명 필요

• 모델링 시간 및 해석 시간 단축에 대한 요구

해결

• 서스펜션 종류에 따른 비선형 특성의 수학적 모델을 Function Expression으로 모델링

• 서스펜션의 서브시스템 및 파라메트릭 모델링을 통한 모델링 간편화 및 시간 단축

• 서스펜션의 비선형 특성에 대한 실제 시험과 해석 결과 간의 비교를 통한 해석 정확도 향상

• AutoDesign 기능을 이용한 서스펜션 모델 파라미터들에 대한 최적값 도출

• 세탁물의 다양한 무게 및 편심 조건들을 반영할 수 있는 세탁기 진동 해석 모델링 구현

• 입자 기반 CFD와의 연성 해석을 통해 유체 밸런서의 영향을 고려한 세탁기 진동 해석 (Particleworks)

• 레이저 센서를 이용한 세탁기 진동 측정 실험 및 시뮬레이션 결과와의 비교 검증

• 고속 카메라를 이용한 유체 밸런서의 유체 거동 분석 실험 및 시뮬레이션 결과와의 비교 검증

성과

• 실험 결과와 잘 일치하는 서스펜션 특성 해석 모델 구현 (실험/해석 간 오차 < 6%)

• 실험 결과와 잘 일치하는 세탁기 탈수 진동 평가 해석 모델 구현 (실험/해석 간 결정계수 R2 > 90%)

• 서스펜션 종류에 따른 세탁기 진동 특성 분석 및 진동 발생 메커니즘 규명

• 유체 밸런서의 종류 및 구조 형상에 따른 세탁기 진동 매커니즘 규명 및 유체 거동의 가시화

• 모델 최적화를 통한 해석 시간 단축 (기존 모델 대비 40% 이상)

활용 및 해석사례

◀ 전자동 세탁기 시뮬레이션

ㆍ4개의 서스펜션을 이용한 진동 저감 분석

◀ RecurDyn과 Particleworks를 이용한 세탁기 시뮬레이션

ㆍ다물체 동역학 모델과 CFD 모델의 연성 해석

ㆍRecurDyn의 유연체를 이용한 세탁물 모델링

◀ MR 유체 댐퍼를 이용하는 드럼식 세탁기의 모델링과 진동 제어

ㆍ드럼식 세탁기의 드럼과 세탁조 사이의 베어링 모델 검증

ㆍ2개의 스프링과 MR 댐퍼로 구성된 서스펜션 분석