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ㆍ제품: 액슬 어셈블리(Axle assemblies)

ㆍ해석목적: 드라이브 액슬 내부의 오일 밴드 현상을 저감시켜 기계시스템의 성능 최적화

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드라이브 액슬에 오일 밴드(두꺼운 오일층)가 발생하고 이로 인해, 저항이 발생하여 제품 효율이 감소하였다. 이를 개선하기 위해, 먼저 이 현상을 가상 환경에서 재현할 수 있는 모델을 구축하였고 이후 설계를 보다 효율적으로 개선할 수 있도록 합리적인 해석 시간 안에 시뮬레이션이 완료될 수 있는 모델 최적화 작업을 진행하였다. 결과적으로 RecurDyn과 Particleworks의 연성을 통해 이 오일밴드 현상을 성공적으로 재현하였고, 48시간 내에 해석을 마칠 수 있는 모델을 설계하였다.

Process

① 오일 밴드 현상 재현 여부를 검증하기 위해 단순한 1개짜리 챔버 모델 구성

② 구성된 동역학 모델을 기반으로 입자로 구성된 오일과 함께 통합 해석(Co-Simulation)을 진행

③ 효율적인 해석을 위해 현상을 재현하는 최소한의 입자 크기를 찾기 위해 모델 튜닝

④ 최적의 입자수(130만개)를 이용하여 오일 밴드가 재현되는 것을 확인 후, 3개의 챔버로 구성된 모델을 구성

⑤ 700만개의 입자를 이용하여 12일이 소요되는 해석 모델 완성 (GPU 미사용)

⑥ GPU 2개를 이용하여 1~2일 내에 해석할 수 있도록 모델 최적화

주요 해석 기술(Technical Description)

ㆍ Drive Axle의 각 부품에 관한 동역학 모델링 (RecurDyn Professional)

ㆍ 고속 회전 부품과 오일 사이의 양방향 필수 물리량 교환 (Co-Simulation)

ㆍ 오일 특성에 따른 고정도 유체 모델링 (Particleworks)

ㆍ 오일 밴드를 재현하는 최대 크기의 입자 크기 결정 (최소의 입자수를 사용함으로써 시뮬레이션 속도 향상)

ㆍ GPGPU를 통한 고속 입자 해석 기술 (Particleworks GPU Solver)

Toolkits

ㆍRecurDyn/Professional

ㆍParticleworks Interface

고객이 직면한 문제점

• 오일 밴드로 인한 Drive Axle의 저항(Drag) 증가

• 설계를 개선하기 위해 문제를 재현하고, 개선 내용을 검증할 수 있는 수단의 필요성

해결

• 가상모델을 이용하여 오일밴드 현상을 재현하고, 이 모델을 통해 설계 개선 및 검증 가능

• MBD와 CFD의 연성해석을 통해 심도 있는 가시화와 정량적 분석 방법 제공

성과

• 오일 밴드가 실제 시험과 잘 일치하였으며, 이를 통해 오일에 의한 저항력(Drag)을 사전에 예측할 수 있었음

• 가상모델을 이용하여, 최적의 오일량 결정 및 설계 변경을 수행하고, 이를 사전에 검증

활용 및 해석사례

◀ 윤활유 온도차이에 따른 부하 토크 변화 해석

ㆍ엔진 입력토크 OFF 이후, 윤활유의 온도에 따른 점성 상태와 부하 토크의 관계

ㆍ서로 다른 온도(점성)를 가진 윤활 상태에 따른 속도 감쇠 차이 해석

◀ 윤활유의 점성을 고려한 감속 기어 트레인 해석

ㆍ기존에는 눈으로 확인할 수 없었던 오일의 윤활 스프레이 시각화

ㆍ오일 점성 부하에 따른 기어 출력 영향을 보다 현실에 근접하게 설계 가능

◀ 차동 기어 박스 내의 윤활유 스프레이 거동 해석

ㆍ차동 기어 트레인에 점성을 가진 유체(윤활유)가 첨가된 상태에서 부하토크 해석