유한요소법을 통한 크랭크축의 응력 해석 및 개선 방안

소개글

1. 서론
(1)해석의 목적
-실제 자동차 부품을 해석해봄으로써 ‘자동차부품구조해석’강의를 통해 한 학기 동안 배운 내용들을 활용해본다. 그리고 부품에 대한 개선안을 연구하여 자동차 부품에 대한 이해를 높이는 데에 목적이 있다.
(2)선정부품 : Crankshaft
①부품의 역할
-크랭크축은 내연기관의 중요 부품으로, 실린더의 폭발행정에서 피스톤에 작용하는 수직 폭발압력의 왕복직선운동 및 관성력을 커넥팅로드의 운동을 통하여 회전운동으로 바꾸어 주는 역할을 한다.
자동차, 선박 등에 많이 쓰이며, 자전거에도 장착되어 있다.
②해석의 필요성
-크랭크축은 실린더 내의 폭발에 의한 부하와 열을 반복적으로 받고, 엔진 내에서 중요한 역할을 담당하고 있기 때문에 매우 견고한 설계가 필요하다.
크랭크축에서 손상이 많이 갈 수 있는 부분은 크랭크 핀 부분이라고 예상된다. 폭발시기에 크랭크 핀과 연결되어 있는 피스톤이 상사점 위치에 있기 때문에 직접적인 충격이 가장 크게 전달될 것이라고 예상된다. 이러한 사항들을 생각했을 때, 크랭크축의 해석이 필요한 것이다.

목차

1. 서론

2. PRO-E 도면 설계

3. Mesh 작업

4. Tetramesh 작업

5. Constraints & Force 설정

6. 해석

7. 개선안

8. 개선 후 작업

9. 개선 후 해석

10. 결론

11. 참고문헌

본문내용

1. 서론

(1)해석의 목적
-실제 자동차 부품을 해석해봄으로써 ‘자동차부품구조해석’강의를 통해 한 학기 동안 배운 내용들을 활용해본다. 그리고 부품에 대한 개선안을 연구하여 자동차 부품에 대한 이해를 높이는 데에 목적이 있다.

(2)선정부품 : Crankshaft
①부품의 역할
-크랭크축은 내연기관의 중요 부품으로, 실린더의 폭발행정에서 피스톤에 작용하는 수직 폭발압력의 왕복직선운동 및 관성력을 커넥팅로드의 운동을 통하여 회전운동으로 바꾸어 주는 역할을 한다.
자동차, 선박 등에 많이 쓰이며, 자전거에도 장착되어 있다.

②해석의 필요성
-크랭크축은 실린더 내의 폭발에 의한 부하와 열을 반복적으로 받고, 엔진 내에서 중요한 역할을 담당하고 있기 때문에 매우 견고한 설계가 필요하다.
크랭크축에서 손상이 많이 갈 수 있는 부분은 크랭크 핀 부분이라고 예상된다. 폭발시기에 크랭크 핀과 연결되어 있는 피스톤이 상사점 위치에 있기 때문에 직접적인 충격이 가장 크게 전달될 것이라고 예상된다. 이러한 사항들을 생각했을 때, 크랭크축의 해석이 필요한 것이다.

2. PRO-E 도면 설계
-마이크로미터와 버니어캘리퍼스를 이용하여 실측

5. Constraints & Force 설정
(1)Constraints 설정
-크랭크축은 크랭크저널에 의해 고정되어 있고, 회전이 가능하다. 그래서 크랭크 양 끝면으로 구속조건을 주되, Z축의 회전을 의미하는 dof6을 제외하고는 전부 체크 해준다.

(2)Force 설정
①가스폭발력 계산
-가장 큰 힘을 받을 때의 상황을 적용하기 위해 폭발시의 압력을 계산한다.
-내연기관 강의에서 배운 이론과 소나타3 엔진의 제원 및 기타 물성치들을 토대로 폭발압력을 계산한다.

○정적비열(Cv) : 0.717KJ/kg.K
○가솔린의 저위 발열량() : 44300KJ/Kg
○비열비(k) : 1.4
○일반기체상수(R) : 0.287KJ/kg.K

참고 자료

-자동차부품구조해석 강의노트
-Internal Combustions Engine Fundamentals, John B. Heywood, McgrawHill, 1998
-내연기관 강의노트
-재료과학과 공학, William D. Callister, 시그마프레스, 2007
-www.matweb.com(물성치)
-재료역학, James M.Gere, 인터비젼, 2004
-CAD1,2 강의노트