{{ post.title }} 글 편집 글 편집 (이전 에디터) 작성자 {{ post.author.name }} 작성일

ㆍ제품: 액슬 어셈블리(Axle assemblies)

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

    PDF 파일 다운로드 (Click)

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