Time Domain NVH Analysis Using the Explicit Code 2012 Korea User Conference

Presented By: Kwang-Hyeon Hwang

June 12, 2012

1. 서론

2. 본론

- 시간 영역 해석

- Cantilever Plate 문제

- 엔진 마운트 브라켓 문제

3. 결론

목차

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1. 서론

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• 진동 전달 경로

가진원 전달계 응답점

입력점

• 입력점: 차체로 하중이 입력되는 위치

- 차체 연결 부분의 국부적인 강성(stiffness)의 확보가 필요

- 현가계 부쉬와 파워트레인 마운트에 의한 절연과 감쇠를 충분히 이용하기 위함.

ENG MTG SUSP. MTG

-차량의 진동은 엔진과 노면에서 발생한 하중이 차체를 거쳐 승객에게 전달

• 입력점 강성

4

cimkA

2

2

)(

2f

- 1 DOF

• 입력점 강성 해석

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- Frequency Response Analysis

- Modal Frequency Response Analysis

- Linear Dynamics

- 주파수 영역에서 Contact과 같은 비선형 현상 고려를 하지 못함.

구조물간의 Contact 현상을 표현 방법은?

익스플리시트 코드(explicit code)를 활용한 시간 영역의 해석 방법 검토

강성라인+공진피크

2. 본론

• 시간 영역 입력점 강성 해석

구분 INPUT SYSTEM OUTPUT

주요

검토

내용 (1) TIME STEP 과 해석시간 설정

(2) 입력점 강성 하중의 정의

(3) 비선형 접촉문제에서 하중에 따른 영향

(4) 구조 감쇠의 고려

(1) 선형요소와 비선형 요소의 차이점

(2) 접촉 갭의 모델링에 따른 영향

(3) 접촉 형태의 정의

(1) FFT 와 FRF 분석

(2) 응답 가속도, 속도, 변위의 관계

시스템 (해석 모델)

시간 영역 입력 (IMPULSE FORCE)

시간 영역 출력 (Acceleration)

주파수 영역 신호 처리 (A/F)

FFT

• TIME STEP 과 해석 시간의 설정

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- 주파수 영역의 신뢰성 있는 주파수 해상도(Δf)와 관심 주파수(fmax)를 획득하기 위해서는

-시간영역의 해석 시간(T)과 시간 간격(Δt)이 적절히 설정되어야 한다.

구분 TIME DOMAIN FREQUENCY DOMAIN

내용

time

t T

frequency

fmaxf

Single side domain

FFT

Sft

1 tNT

Tf

1

f

N

t

ff s

22

1

2max

Sampling Interval t

Sampling Frequency Sf

T Observation time

N Number of sampling or Block size

2

NSpectral Lines

Frequency resolution f

maxf Bandwidth (Nyquist frequency)

N

2

N

• 입력 하중(1/2)

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- 입력점 강성 시험을 재현하는 관점에서 하중은 임팩트 펄스를 사용한다.

- 임팩트 펄스는 Plastic Tip을 사용한 하중의 정보를 사용한다.

- 임팩트 펄스를 FFT를 하면 주파수 영역으로 변환되며, 이 때 10~20dB구간이 신뢰성이

있는 주파수 구간임.

To 1sec

10~20dB

Useful Range

FFT

• 입력 하중(2/2)

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- 임팩트 해머에 의한 하중 커브 (이론)

FFT

- 임팩트 해머에 의한 하중 커브 (시험) - 하중 크기에 따른 응답

• 단순 플레이트 시간 영역 해석(1/2)

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• 하중

-문제의 정의

• 모델 및 경계조건

Fixed

Force

- Explicit 시간 영역 해석과 FFT신호 처리 결과와 선형 모달에 기인한 FRF결과의

고유진동수 해석 및 주파수 응답 해석의 결과를 비교하고자 함.

- 200x100mm

- Thickness: 1 mm

- Unit: mm, Mg, sec, N

• 시간 영역 응답

• 단순 플레이트 시간 영역 해석(2/2)

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구분 Normal Mode T-NVH 차이 %

1 21.21 21.48 (0.27) 1.3%

2 91.39 93.75 (2.36) 2.6%

3 132.67 131.84 0.83 0.6%

4 297.76 291.02 6.74 2.3%

5 374.72 383.80 (9.08) 2.4%

- 고유진동수 해석 결과

• 단순 평판 예제에서 고유진동수는 3%이내에 선형해석결과와 일치함.

<단위:Hz>

- 주파수 응답 해석 결과

• (1)은 System damping constant (DAMPGBL)=0.0, (2)는 5.0사용 Damping이 반영된 T-Domain FRF가 Modal FRF에 근접.

(1) (2)

• 엔진 브라켓 접촉 문제

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실물 사진

하중

• 하중 • 모델 및 경계조건

양단 고정

가진점

인슐레이터

상하방향

SUPPORT BRKT과

인슐레이터간 접촉 SUPPORT

BRKT 인슐레이터

(1) 엔진 마운트 단순화 모델

샤시 프레임

(2) 전체 프레임 엔진 마운트 입력점 강성 모델 (시험 비교)

B.C.: Free-Free

• 엔진 마운트 단순화 모델 - 브라켓 접촉 유/무 해석 검토

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INSULATOR

ENG B/K

- FRF

W/O CONTACT WITH CONTACT

- 가속도(시간영역)

WITH CONTACT

NO CONTACT

접촉이 고려된 초기 거동 및 에너지 분포

-인슐레이터와 B/K사이의 접촉의 유/무의 차이를 보임.

-인슐레이터에 가해진 하중이 B/K 하단부 까지 에너지를 전달함.

• 전체 프레임 엔진 마운트 입력점 강성 해석 및 시험 비교

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- 결과

- 입력점 강성 (1) 접촉 모델과 (4) 시험 vs. (2) 접촉 미고려 모델 : 5배 수준

- 엔진 인슐레이터와 서포트 브라켓의 접촉이 고려되지 않은 경우, 입력점 강성 저평가됨.

Acceleration and Internal Energy Distribution (0.68 ms)

in contact model

측정점

입력점 강성 FRF

• Explicit 시간 영역 해석과 선형 주파수 영역 해석

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• Input F(f) : 하중 • Output A(f)/F(f)

Frequency Domain (현재)

선형 해석

• System

(A) w/o contact

• 해석 결과 (시간 영역)

• 해석 결과 (주파수 영역)

• Output: D(t) or A(t) • Input F(t) : Impact Pulse

Time Domain (비선형 접촉고려)

(C) with contact

Explicit 해석 FFT

• Output: A(f)/F(f)

w/o contact (234Hz)

with contact

3. 결론

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주파수 영역의 선형해석에서 처리 할 수 없는 비선형 접촉을 재현하기 위한 시간영역 해석과 주파수

영역의 변환을 실시하여, 시험 결과에 대한 해석 정확성을 확인하였다.

• 결론

• 장점과 단점

- 장점

▪ 선형해석에서 처리 할 수 없는 비선형 문제인 접촉문제를 고려 할 수 있다.

(현재 접촉부를 고려하지 않거나, 스프링 요소(또는 강체 요소 연결)로 처리함.)

▪ 시간 영역에서의 변형 형상과 내부 에너지 분포를 알 수 있다.

- 단점

▪ 해석 시간 많이 걸림.

(선형 해석 문제: Explicit code CPU time= 31076 sec (8.6 hour)

vs. 6818.7sec (1.9hour) ) 약 4.5배 1CPU 기준

▪ 주파수 영역에서 고유모드의 형상과 변형에너지 분포 정보 획득이 어려움.

▪ 응답에 대한 신호처리 필요함.

감사합니다 !

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