Simulation Sets New Lightweight Coil Spring Designs In Motion
Using simulation enabled Mubea to optimize its side-load spring designs for both weight and performance in electric vehicle suspension applications.
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Simulation Sets New Lightweight Coil Spring Designs In Motion
시뮬레이션으로 경량 코일 스프링 설계에 혁신을 이끌어...
만약 여러분의 차량 서스펜션이 고장나면, 그것을 분명히 알게 될 것입니다. 주행이 상당히 불안정해지며, 도로의 언덕을 넘을 때와 같이 차량이 흔들릴 수 있습니다. 바퀴가 언덕을 만나 충격을 받으면, 이 충격은 바퀴를 위로 밀고 운전자는 이 충격의 힘을 직접 체감하게 됩니다. 기본적으로 스프링이 이 충격을 흡수하고 충격 흡수기는 이 상호 작용에서 발생하는 에너지를 완화하여 더 안정적인 주행을 제공하고 모든 네 개의 타이어가 도로와 밀착 상태를 유지하는 데 도움을 줍니다. 이것은 코일 스프링이 전통적인 차량 또는 전기 동력 시스템을 갖춘 차량을 지원하는 경우에도 마찬가지입니다.
전기 자동차 (EV)에서 코일 스프링 서스펜션 구성 요소의 무게는 성능에 중대한 영향을 미칠 수 있으며, 이는 원래 장비 제조업체 (OEMs), 1계 자동차 공급 업체 및 소비자들에게 주요 관심사입니다. 경량 자동차 부품에 특화된 자동차 공급업체인 무베아 파워스프링 GmbH는 이러한 우려를 해결하기 위해 Ansys를 선택하였습니다. 시뮬레이션을 통해 무베아는 EV 서스펜션 애플리케이션에서 무게와 성능을 모두 최적화하는 데 도움을 받았습니다.
무베아에게 시뮬레이션은 자동차 서스펜션 구성 요소 및 시스템, 특히 고유한 스프링 디자인의 검증 및 확인에 필수적인 도구입니다. 시뮬레이션을 사용하는 이유는 이 스프링이 지면과 병행하여 실시간 하중을 관리하기 때문입니다. 따라서 작은 디자인 오류라도 차량의 축 손상으로 인한 중요한 비용을 초래할 수 있으며, 시뮬레이션을 통해 이러한 오류를 예상하기가 쉽습니다.
무베아의 시뮬레이션 기술 엔지니어인 Sergej Schneider는 "원통형 코일 스프링의 경우 힘이 평행으로 작용할 때 분석 공식을 사용하여 디자인할 수 있을 것"이라고 말합니다. 그러나 그는 덧붙여서 "그러나 우리 스프링은 측방 힘을 받으며 다양한 코일 스프링 및 굴절 형태를 가지므로, 이러한 복잡한 설계를 경제적이고 시간적으로 수행하기 위해 시뮬레이션은 필수입니다."라고 설명했습니다.
Ansys의 시뮬레이션 및 최적화 도구와 Ansys의 엘리트 채널 파트너인 CADFEM의 지원은 무베아가 완벽한 경량 부품 제작을 위한 최적의 솔루션을 찾는 데 필수적인 도움을 제공합니다
Unwinding Design Mysteries in a Simulation Environment
제품 설계의 난제를 시뮬레이션 환경에서 해결하기
무베아는 자사의 'GRASP-Designer' 애플리케이션을 활용하여 코일 스프링을 모델링합니다. 이 애플리케이션은 비규칙 B-스플라인(NURBS)의 수학적인 개념을 활용합니다. NURBS는 주로 2D 또는 3D에서 복잡한 형상을 정의하는 데 사용되며, 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 응용 프로그램에서 일반적으로 활용됩니다.
이러한 부품에 필요한 유한 요소 분석(FEA)은 Ansys Mechanical APDL (Ansys Parametric Design Language)로 수행됩니다. 시뮬레이션 환경 내에서 계산을 활성화하려면 매개 변수 기반의 원통체의 측면을 닫힌 NURBS 표면 또는 외곽을 정의해야 합니다. 제어 네트워크를 나타내는 제어 포인트가 백그라운드에서 작동하여 추가적인 계산을 활성화하며, 이 과정에서 모든 제어 포인트가 매개 변수로 해제되지 않고, 직경, 오프셋 및 경사도와 관련된 중요한 지점을 요약으로만 해제합니다. 이 모든 요소는 모델의 최적화 매개 변수를 줄이는 데 기여합니다.
다양한 수의 제어 포인트와 해당하는 코일 수를 사용하여 원통체에 코일 스프링을 다중 래핑할 수 있습니다. 이 경우, 첫 번째와 마지막 제어 포인트는 고정되어 있으며 다른 제어 포인트는 UV 평면 내에서 자유롭게 이동할 수 있습니다. 또한, NURBs 곡선의 차수는 코일의 제어 포인트가 코일 스프링 지오메트리에 미치는 지역적 영향을 조절합니다.
Springing into Optimization with Ansys optiSLang
Ansys optiSLang을 활용한 최적화를 통해 최상의 결과 도출
스프링이 수학적으로 모델링되면, Ansys optiSLang을 도입하여 시뮬레이션 및 모델링 분석을 최적화할 수 있습니다. 다양한 입력 및 출력 변수를 평가함으로써 Mubea는 무게와 성능에 대한 기대치를 달성합니다. 각각의 과제는 반복적으로 해결되며, 매 반복마다 최적화된 솔루션에 한 걸음 더 가까워집니다.
도로에서 코일 스프링은 차량 서스펜션의 중요한 구성 요소로 작용하며, 압축 및 연장 사건 중에 정적 및 동적 하중을 지속적으로 받게 됩니다. 이런 상황에서 공간도 차지하게 됩니다. 정적 하중 평가는 주로 전단 응력을 기반으로 하며, 동적 하중 평가는 손상 파라미터를 고려합니다. 최적화 과정에서는 코일 스프링의 특정 영역에서 전단 응력 또는 손상의 균일성을 유지하기 위한 응력 한계, 손상, 그리고 재료 사용과 관련된 제한 사항이 설정되었습니다. 또한 전체 스프링 크기와 설치 위치에 특별한 주의가 기울여져, 가능한 손상을 미리 예측하는 데 도움이 되었습니다.
위에서 제시한 예시에서는 초기 분석적 설계를 기반으로 한 원통형 코일 스프링을 사용했습니다. Mubea는 최종 최적의 설계를 찾기 위해 optiSLang에서 4,000가지 설계를 시뮬레이션했습니다. Mubea에서는 Ansys optiSLang을 사용하여 최상의 변형을 빠르고 효율적으로 찾기 위해 주기적으로 4,000에서 6,000개의 설계를 확인하는 데 의존하고 있으며, 시뮬레이션 엔지니어인 Sergej Schneider에게는 Ansys optiSLang을 활용한 설계 최적화 과정이 필수적인 과정으로 입증되었습니다.
"optiSLang을 활용한 코일 스프링의 자동화된 설계 과정은 확실히 실용적임이 입증되었습니다." Schneider는 강조했습니다. 그는 또한 "자동화된 설계 과정은 두 가지 측면에서 매우 타당함을 입증하고 있습니다. 최상의 품질 결과를 가장 빠른 시간 내에 얻는 측면과, 특히 수동 설계가 어려운 경우, 합리적인 솔루션을 찾아내는 데 도움이 되는 측면입니다. 자동화된 설계 과정의 큰 이점은 응력 및 특히 손상 곡선의 균일화에 있으며, 이러한 곡선을 수동 설계에서 처리하는 것은 주요한 어려움을 겪을 수 있습니다." 덧붙였습니다.
Ansys Mechanical 및 Ansys optiSLang을 활용하여, EV 애플리케이션을 지원하는 경량 부품을 개발하고 검증하는 과정을 제품 설계 초기부터 개발 완료 후까지 어떻게 정확하게 진행하는지 알아보세요.
제품문의
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