[기계 공학 응용 실험] 7. 기계시스템 운동의 가시화 (A+자료)

소개글

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목차

1. 서론
1-1. 실험 목적
1-2. 이론적 배경

2. 본론
2-1 실험장치의 구성 및 방법
2-2 실험 결과
2-3 고찰

3. 결론

4. 참고 문헌

본문내용

c/8
2.919, 2.352
0
0.808
1.238
0.216
0.049
2c
2.71, 0.1819
0
0.64
1.563
2.701
0.52
- 차량의 승차감에는 차체의 영향이 가장 중요하게 작용할 것이다. 특히, 그 중에서도 가속도는 질량이 있는 물체에서는 힘이 작용하기 때문에 더 중요 할 것이다. 이 결과를 보게 되면 k값의 변화에 따라서 차체의 가속도 변화와 기준 일때의 차체의 가속도 변화는 비슷한 특성을 보이게 된다. 반면 차체의 가속도의 영향은 C의 값의 변화에 매우 민감하게 작용하는 것을 볼 수 있다.
차체의 각가속도 변화 ()
매트랩을 이용한 그래프
피크점 (,) [m/s^2]
[m/s^2]
감쇠주기 [s]
감쇠고유진동수 [Hz]
대수감소율
감쇠비
기준
1.647, 0.1349
0
0.872
1.147
2.502
0.491
k/8
-
0
-
-
-
-
2k
3.648, 0.6013
0
0.604
1.656
1.803
0.376
c/8
3.105, 2.204
0
0.836
1.196
0.343
0.077
2c
-
0
-
-
-
-
- 차체의 각가속도 변화는 차체의 가속도 변화와 비슷한 경향을 보이는 것을 볼 수 있다.
관련 내용 조사
컴퓨터 시뮬레이션 하는 이유
컴퓨터 시뮬레이션은 복잡한 문제를 해석하기 위하여 모델에 의한 실험 또는 현상을 해결하는데 실제와 비슷한 상태를 수식이나 에니메이션 등으로 만들어 모의적으로 연산을 되풀이하여 그 특성을 파악하는 것이다.
컴퓨터를 이용하여 시뮬레이션 하는 것이기 때문에 실제 한번 실험하는데 많은 비용이 들어갈 경우에 큰 돈을 들이지 않고 여러 번 시뮬레이션을 해볼 수 있으므로 금전적으로 절약을 할 수 있다.
프로그래밍 해서 시뮬레이션을 하여 원하는 결과가 나오지 않았을 경우 그에 대한 분석을 하여 몇 가지의 변수들만 조정을 하고 다시 쉽게 시뮬레이션 해 볼 수 있다.
정밀한 결과가 요구되는 실험에서는 여러번 시뮬레이션을 해봄으로써 원하는 결과에 가장 근접한 최적의 결과 값에 도달 할 수 있다.
사람이 수행하는 실험에서는 오차가 발생하게 되는데 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하게 되면 같은 입력에 대해서는 같은 결과가 나오게 되며 오차 발생을 줄일 수 있다.
차체의 스프링, 댐퍼의 특성
스프링
차량에서 스프링의 역할은 주행 중 고르지 못한 노면을 따라 생기는 충격이나 진동을 흡수하여 차체에 전달되지 않게 하고, 차륜을 적정하게 노면에 구르는 구동력과 제동력이 유효하게 작용해 위치 결정을 하도록 해주어 차륜의 노면접촉 안정성과 선회력 향상의 도움을 준다. 스프링의 강도는 차량중량과 주요 운행 요건에 따라 설계를 한다.
댐퍼
댐퍼는 차량과 차체 사이에 위치하여 “운동”에 대한 브레이크(저항) 역할을 하는 것으로, 스프링의 신축성에 대해 그 운동을 머추려고 하는 방향으로 일한다. 다시말해, 댐퍼의 목적은 차체가 상하로 계속 움직이거나 진동하는 것을 약화시키는 것이다. 댐퍼의 브레이크 효과는 오일이 작은 구멍을 빠져나가는 구조에 의해 일어나는 것이며, 이 저항을 ‘감쇠력’이라고 부른다.
이 두가지는 차량의 승차감에 영향을 미치는 요인이 되며 우리 실험 결과에서도 이와 같은 특성을 볼 수가 있는데, 실험의 결과 중에서 승차감은 차체의 영향이 가장 크므로 차체의 기준으로 살펴보게 되면 스프링 계수가 기준값에 2배로 늘어났을 경우에는 감쇠주기가 짧아 진 것을 확인 할 수 있다.(스프링계수를 1/8배 한 결과는 애니메이션에서도 확인 했듯이 차체가 내려 앉은 결과 이기 때문에 실제와는 매우 다를 것이며 신뢰할 수 있는 측정 결과가 아니라고 생각 할 수 있다.) 또한 댐퍼가 기준값에 1/8배 되었을 경우에는 진동을 완화시키지 못하여 계속해서 진동이 남아있지만 기준값에 2배로 하였을 경우에는 기준값보다 빠르게 정상상태에 도달해 가는 것을 볼 수 있다.
결론 및 고찰
이번 실험은 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 차량을 모델링하여 요철을 지났을 때 현가장치의 특성을 보는 것이다. 이때 뒷바퀴의 스프링 상수와 댐퍼 상수의 값을 변화 하면서 그 특성을 살펴보았다. 그 특성을 보기위해서 시간에 대해서 각각의 그래프를 그렸는데, 이때 중요한 것이 첫 주기는 요철에 의한 것이므로 제외를 하고 결과값을 구하였다.
위의 모든 그래프들은 매트랩을 이용하여 그린 것으로 이 그래프의 결과는 실험을 할 때 애니메이션을 통하여 보면서 예측하였던 결과와 일치하였는데, 스프링 상수가 커졌을 때 차량의 높이가 높아진 것을 볼 수 있으며 또한 가장 큰 특징이었던 감쇠계수가 작아지면 오랫동안 차량이 진동하는 것을 차체의 변화 그래프를 통하여 볼 수 있었다. 또한 우리는 k2와 C2의 값을 변화하였기 때문에, 요철에 의해서 변화하는 특징은 앞바퀴와 뒷바퀴에서는 크게 변화하지 않았지만 차체 병진과 차체 회전에서의 변화는 크게 나타나는 것을 볼 수 있다. 일반적으로 노면이 매끄럽지 못할 때 현가장치를 잘 설계를 하여 차체의 진동이 적게 일어날 때 더 승차감이 좋다고 표현 하기 때문에 위의 결과를 보았을 때 승차감은 현가장치에서 스프링의 영향보다 댐퍼의 영향이 더 큰 것을 볼 수 있다. 하지만 댐퍼의 계수를 단순히 높이는 것만이 승차감을 높이는 것은 아니며 이와 같은 시뮬레이션을 통하여 가장 적정한 감쇠 계수를 찾아야 하고 또한 비용 등 다른 외부적인 조건 또한 함께 고려해야 할 것이다.
이 실험은 여태까지 했던 것과 다르게 시뮬레이션을 통하여 물체의 거동을 알아보는 것이었는데, 시뮬레이션 자체를 설계하는 것은 다소 어려운 것으로 생각 되지만 한번 만들고 나면 아주 유용하게 사용 된다는 것을 직접 시뮬레이션을 통하여 알 수 있었다. 이번 실험 레포트는 그래프를 많이 그려서 다소 복잡하였는데, 특히 파형의 peak점이 제대로 나타나지 않는 것들이 있어서 결과 값을 구하는데 어려웠다. K값과 C값의 배수를 정할 때 조금 더 적정한 배수를 정하면 더 정확한 특성을 확인해 볼 수 있을 것 같다.
참고 문헌
기계공학실험교재편찬회, 기계 공학 응용 실험 , 청문각, 2009.
Singiresu.S.Rao, 기계진동학(Mechanical Vibrations) , PERASON, 2005.

키워드

기계 공학 응용 실험,   응용 실험,   기계 시스템 운동