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2014
Plastic Steering Gear 형상최적화 & 내구해석
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015 Power Steering
개요
운전자
경험
저속 : 편안함과 기동성
고속 : 정밀함과 제어성
노면 상황: 신뢰성과 안정성
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015
Gear Unit 예 차량용 EPS 장치
Motor-driven power steering apparatus for a vehicle,
US 7377355 B2 Electronic power steering apparatus, US 8001866 B2
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015
최적 설계 프로세스
Concept
도출
• Abaqus & Tosca Topology
• Energy Stiffness을 최소화
최종 형상
도출
• Abaqus, fe-safe, & Tosca
Shape
• Limit utilisation을 최대화
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015 대상 모델 – Worm Wheel
초기 형상
Straight teeth 치형은 고려하지 않음
Steel Insert
직경 : 100 mm
폭 : 20 mm
Steel이 들어간 사출 성형 Steel insert
PA66
기어 폭
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015
해석 조건
Torque와 설정 온도
Load Case 1 : +23ºC 에서 120Nm
Load Case 2 : +120ºC 에서 60Nm
초탄성 재료 모델
Yeoh Cyclic symmetry
½ 모델 (폭방향)
Torque axis
원주 저항
Steel insert는 축방향 강성 제공
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015
위상 최적화
목적 함수
Energy Stiffness 최소화
최적화 제한 조건
초기 부피 대비 40, 45, 50%로 제한
형상 구속
탈형 제어 (생산공정 고려)
면에 대한 대칭
최적화 영역
탈형 제어 방향
Tosca Structure Topology
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015
위상 최적화
50% 부피 유지 45% 부피 유지 40% 부피 유지
사출 성형 관점에서 가장 실용적 설계
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015
최적 설계 프로세스
Concept
도출
• Abaqus & Tosca Topology
• Energy Stiffness을 최소화
최종 형상
도출
• Abaqus, fe-safe, & Tosca
Shape
• Limit utilisation을 최대화
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015
Abaqus/CAE로 형상 재구성
위상 최적화 결과 Surface 추출 및 형상 재구성
완료된 형상
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015 재료 할당 및 경계 조건
해석 조건
Steel inserts
PA66
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015 Tosca Structure Shape
형상 최적화
목적 함수
Limit utilization 최소화
형상 제한 조건
Stamping 제어(생산공정)
평면 대칭
𝛔𝐚𝐩𝐩𝐥𝐢𝐞𝐝
𝛔𝐝𝐞𝐬𝐢𝐠𝐧 𝐞𝐧𝐝𝐮𝐫𝐚𝐧𝐜𝐞
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015 최대 주응력
최적화 결과
Load Case 1 +23ºC, 120 Nm
Load Case 2 +120ºC, 60 Nm
초기 모델
최종 모델
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015 fe-safe material
내구 물성
Stress을 바탕으로 한 수명 평가
완전 반전 하중
각 하중 case는 독립적으로 해석
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015 결과
내구 평가
Load Case 1 Fatigue Reserve Factor
(FRF)
Load Case 2 Fatigue Reserve Factor (FRF)
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015
형상최적화
초기 형상 최적화 형상
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015
Abaqus Tosca fe-safe Safety
정리
Concept 도출 최종 형상 도출
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