가상물성치를 이용한 굴삭기 유압호스 체결 금구 응력 해석 자동화에 관한 연구

Abstract

굴삭기의 유압호스 체결 금구 응력 해석엔 굴삭기의 기구학적 움직임과 유압호스의 비선형성이 반영되어야 한다. 유한 요소법을 사용하는 상용 해석 시뮬레이션 소프트웨어로 위의 요소들이 반영된 해석을 하면 복잡한 전처리 과정과 수많은 반복 계산으로 인해 해석에 상당한 시간이 소요된다. 또한 제한된 개수의 해석 시뮬레이션 소프트웨어의 라이선스와 해석에 필요한 어려운 CAE지식은 많은 해석 데이터를 기반으로 최적의 유압호스를 선택해야하는 일반 설계자들을 곤란하게 만든다. 본 연구에서는 이러한 단점들을 보완하고자 설계자들이 효율적으로 금구 응력 해석을 다룰 수 있게끔 굴삭기의 비선형 동적 해석을 선형 정적 해석으로 바꾸고 CAD, CAE 소프트웨어들의 작업을 연동 및 자동화 하였다. IPS를 사용하여 유압호스의 시작점과 끝점에서의 외력을 추출했고 이를 ABAQUS를 사용해 금구에 적용하고 응력 해석을 함으로써 굴삭기의 비선형 동적 해석을 금구의 선형 정적 해석으로 바꾸었다. 또한 CATIA API, IPS LUA API, ABAQUS PYTHON SCRIPT를 사용하여 위 상용 소프트웨어들을 연동 및 자동화했다. 해당 자동화를 통해 굴삭기의 기구학적 움직임으로 변경된 금구의 위치와 유압호스의 비선형성을 반영하는 빠른 금구의 응력 해석을 구현했다. 최종적으로 설계자들이 위의 기능들을 쉽게 사용할 수 있게 하는 인터페이스를 개발했으며 이는 설계자들이 최적의 굴삭기 유압호스를 선택하는데 도움이 될 것으로 기대된다.|When conducting a stress analysis of a hydraulic hose fitting of an excavator, the kinematic movement of the excavator and the nonlinearity of the hydraulic hose must be taken into account. To analyze with the above factors reflected in a commercial analysis simulation software using the finite element method, it takes a considerable amount of time to process the analysis due to the complicated pre-processing protocols and numerous iterative calculations. Moreover, the limited number of analysis simulation software licenses combined with the sophisticated CAE knowledge required for analysis makes it difficult for mechanical designers to select the optimal hydraulic hose based on a large amount of analysis data. In this study, the nonlinear dynamic analysis of the excavator was changed to a linear static analysis to compensate for these shortcomings. This helped designers to handle the hydraulic hose fitting stress analysis efficiently, and the CAD and CAE software tasks were synchronized and automated. External forces at the start and endpoints of the hydraulic hose were extracted using IPS. Then, they were applied to the hydraulic hose fitting using ABAQUS, and stress analysis was performed to change the nonlinear dynamic analysis of the excavator into a linear static analysis of the hydraulic hose fitting. Also, CATIA API, IPS LUA API, and ABAQUS PYTHON SCRIPT were used to synchronize and automate the above-specified commercial software. Through this automation, this study used a fast hydraulic hose fitting stress analysis reflecting the position of the hydraulic hose fitting changed by the kinematic movement of the excavator and the nonlinearity of the hydraulic hose. Finally, an interface that allows mechanical designers to use the above functions easily was developed to help mechanical designers select the optimal excavator hydraulic hose.