언더라이드를 방지하는 차량 측면 가드 지지대 최적 설계 및 안정성 비교

Abstract

교통사고에 따른 사망자와 부상자는 전반적으로 감소하는 경향을 가지고 있지만, 대형 사고 사망자는 증가하고 있다. 이러한 대형 사고의 일종으로 대형 차량과 중소형 차량의 충돌로 발생하는 언더라이드 현상이 있다. 언더라이드 현상은 한 차량이 다른 차량의 아래로 부분적으로 미끄러지는 교통사고이다. 전면 및 후면의 언더라이드 현상에 대한 연구는 지속적으로 수행되고 있지만, 측면에 대한 연구와 설계 기준은 부족한 상황이다. 따라서 측면의 언더라이드 현상 방지를 위한 측면 가드의 설계가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 측면 가드의 지지대에 대한 형상 최적 설계를 통해 유럽 및 한국의 안전기준 규칙을 만족하는 측면 가드를 결정하였다. 규정에 근거하는 측면 가드의 폭, 지상고 그리고 단면 높이 지지대의 위치를 바탕으로 모델을 구성하였으며, 최적 설계의 하중 조건은 전면 및 후면 충돌 사고를 바탕으로 충돌 시에 발생하는 충격 하중을 이용하였다. 형상 최적 설계를 통해 초기 형상을 결정하였으며, 결정된 초기 형상을 바탕으로 형상 최적 설계를 재차 수행하여 위치와 두께를 결정하였다. 최적화된 측면 가드에 대하여 설계 검증을 수행하였으며, 검증 과정에서 용접에 의한 측면 가드의 강성 변화를 고려하였다. 용접부의 응력 및 변형도 관계를 모사하기 위해 변형도 경계법을 이용하여 용접에 따른 영향을 고려하였다. 그리고 용접 순차에 따른 강성 변화를 고려하기 위해 현업의 경험적 지식을 기반으로 용접 순서를 결정하였다. 용접을 고려하지 않은 경우와 비교하여 용접을 고려한 경우 안전기준에 따른 변형 크기가 증가한 것을 확인하였으나, 안전기준 규칙을 만족시키는 범위 이내임을 확인하였다. 따라서 본 연구를 통해 안전기준 규칙을 만족하는 측면 가드를 설계하였으며, 용접에 의한 영향에 따라 충돌에 따른 변형 크기의 차이가 발생하므로 설계 검증 과정에서 고려되어야 한다.