준중형 승용차 모노코크 바디의 전·후면 사고 수리 후 재사고 시, 차체의 충돌 강성 변화가 탑승객의 안전에 미치는 영향 해석

Abstract

논문에서는 사고 수리 후, 재사고 시 차체의 충돌 강성 변화 여부 및 안전성의 영향 요소를 확인하기 위하여, 유한요소 해석을 이용하여 차량 수리 후 발생하는 충돌 사고 중, 차량 프런트 프레임과 리어 트렁크의 수리 시 어떤 영향을 주는지에 대해 해석 기법을 이용하여 영향력 여부를 판단하였습니다. 차체의 주요부가 손상되는 사고에서는 수리 후 자동차의 가치가 하락하여 그 가치가 현저히 줄어들어, 이에 대한 피해로 인해 격락손해에 대한 소송이 발생하고 사회적 문제로 대두되어지고 있습니다. 이는 차량의 기준 중고차 표준시세가 정확히 마련되어 있지 않고, 사고차량을 수리 후 강성에 대한 변화가 얼마 정도 발생하는지에 대하여 명확히 밝혀지지 않아, 법원에서 판단 시 전문가에게 재의뢰하여 기술 감정을 하는 경우가 많아지고 있으며, 실제 사고차의 수리 후 손해는 바로 소비자에게 피해를 주는 경우가 많아, 차량 사고 수리 후 차체의 강도나 안전성에 미치는 영향을 유한요소 해석을 통해 증명하고자 합니다. 유한요소 해석에 사용한 차량은 국내 제작사의 준중형 차량을 이용하였고, 기계적 물성치는 인장 시험을 실시하였으며, 수리 시 발생하는 용접 작업은 용접봉 제작사의 물성을 이용하여 구축하였습니다. 인장 시험에서는 응력-변형률 곡선과 항복강도, 인장강도, 연신율 등과 같은 재료의 물성을 유한요소에 적용하였습니다. 유한요소 해석에서는 여러 변수들 가운데 물성의 정확도가 중요합니다. 유한요소 해석으로 초기 사고차량과 사고차량 수리 후 충돌 해석을 비교하여 사고차량 수리 후 차량의 격락손해를 예측해 봅니다. 유한요소로 비교해 볼 차량 부품으로는 프런트 프레임과 리어 트렁크를 정하였고, 전방 충돌과 후방 충돌 시 대부분의 사고와 관련되는 부품으로서, 충돌 시 손상이 많이 발생하고 중대형 사고 시 교체되는 부품들입니다. 프런트 프레임과 리어 트렁크는 충돌 사고 후 전체를 교체하거나 교정 작업을 수행하는 수리를 해야 하는 부품입니다. 프런트 프레임과 리어 트렁크의 부품들은 절단 작업 후 CO2 용접이나 SPOT 용접으로 작업하여 탈거한 부품의 자리에 장착 후 용접 부위를 그라인딩하여 용접 표면을 매끄럽게 정리 후 도장 작업을 하나, 유한요소 해석에서는 용접 부위 그라인딩 및 도장 작업은 제외합니다. 본 논문에서는 세계자동차 수리기술연구위원회 (RCAR : Research Council for Automobile Repairs)와 한국 보험개발원 산하 자동차기술연구소가 자동차 보험료 산정을 위해 실시하는 테스트 방법으로 국내 판매 신차 출시 전에 실시하는 RCAR 테스트 방법인 경사벽에 차량 전면과 후면 15km/h 충돌 테스트 후 평가하고 추가로 30km/h, 40km/h, 50km/h 도 평가합니다. 해석 평가 방법으로는 부품 변위, 변형, F-D Curve, Effective Plastic strain, Internal Energy와 스티어링 칼럼의 변위 결과를 통해 차량 손상성 및 안전성을 평가합니다. 차량 사고 수리 후 재 충돌 사고 시 차량 파손 및 승객에게 미치는 영향도를 예측하고 제시함으로서 차량의 안전성 여부와 격락손해에 대하여 수리 후 차량의 가치 하락 요인의 연관성 연구를 진행하였습니다. 용접 부위에 대한 인장 강도 시험 시, 정상 차량의 소재와 용접 후 소재의 강도가 20% 정도 저하됨이 확인되었습니다. 정상 차량과 수리 후 차량의 강성에 대한 해석 시, 프런트 프레임의 용접 차량은 내부 에너지가 크게 감소하는 것으로 판단되며, 리어 트렁크는 크게 차이가 발생하지 않음을 확인 하였습니다. 차량 속도별 변위와 변형량 확인 시, 정상 차량 대비 변위와 변형량의 차이가 크게 발생하였으며 에너지 흡수 능력은 낮아짐을 확인하였습니다. F-D Curve 확인 시, 프런트 프레임은 저속 충돌 구간에서는 유사한 경향을 보이나, 30 km/h 이후에는 변화가 심하며, 리어 트렁크 부분도 충돌 발생 시 충격을 일정하게 흡수하는 상태가 가장 안정적이나, 곡선이 일정하지 않은 바, 충격 흡수 능력의 편차가 심하게 발생함을 확인하였습니다. 스티어링 칼럼의 위치를 판단 시, 정상 차량 대비 변화가 크게 발생하는 바, 안전에 영향 요소로 판단되며 위와 같은 상황을 종합해 보면 수리 후 재사고 발생 시에는 탑승객의 안전에 영향을 미칠 수 있는 요소로 판단되며, 이는 격락손해 발생의 참고 요인이 가능할 것으로 판단됩니다.