비선형 및 선형 운동방정식을 이용한 드럼세탁기의 모델링 및 동적거동 해석

Abstract

드럼세탁기는 세탁용량 증가와 함께 경량화도 진행되고 있어서, 드럼세탁기 개발 에 있어서 진동 문제를 해결하는 것은 중요하다. 드럼세탁기는 탈수과정 중에 세탁물 이 드럼 내부에 불균형하게 부착되게 되고, 이로 인한 회전 불균형에 의해 진동이 발 생하게 된다. 과도한 진동은 소음을 발생시키거나, 세탁기를 바닥에서 움직이게 만들 수도 있고, 부품의 손상을 유발할 수 있다. 이러한 진동 문제를 해결하기 위해 기존 의 연구들은 드럼세탁기의 설계나 최적화에 활용할 수 있는 간단한 수학적 모델링 방 법들을 제시해왔다. 본 연구에서는 기존의 연구에서 제시되었던 모델링을 바탕으로 선형 운동방정식 과 비선형 운동방정식의 해석 결과를 비교하여 각 모델의 유용성과 선형 운동방정식 의 한계점을 파악해보았다. 3개의 강체와 10개의 자유도로 이루어진 드럼세탁기 모델 에 대해서 Kane’s method를 이용하여 시스템의 비선형 운동방정식을 유도하고, 이를 선형화하여 선형 운동방정식을 구하였다. 선형 운동방정식에 대해 모드해석을 수행하 여 고유진동수와 모드형상을 구하였으며, 이를 통해 과도구간에서 드럼세탁기의 공진 에 의한 거동을 예측해보았다. 비선형 운동방정식과 선형 운동방정식에 대해 시간응 답해석을 수행하고 그 결과를 비교하여, 선형 운동방정식이 얼마나 정확하게 비선형 운동방정식의 결과를 예측할 수 있는지 확인하였다. 본 연구의 결과들을 바탕으로 선 형 운동방정식이 어느정도 정확하게 비선형 운동방정식의 결과를 예측할 수 있지만, 정확한 공진점을 찾지는 못할 수도 있다는 것을 확인하였다. 또한, 댐퍼의 댐핑계수 가 작은 경우에는 선형 운동방정식이 비선형 운동방정식의 해석 결과를 제대로 예측 하지 못한다는 것을 알 수 있었다.