실험적 모드해석을 이용한 유연 다물체 동역학 해석

기계제품의 개발주기가 짧아짐에 따라 설계자는 실제 실험을 통한 방법보다 CAE (Computer Aided Engineering), 즉 컴퓨터 원용 공학을 이용한 방법에 관심을 기울이고 있다. 특히 CAE의 최종단계인 동특성 예측은 개발되는 기계제품의 진동 및 소음을 저감하고 내구력을 증대하고자 때,설계자에게 필요한 정보를 매우 효율적으로 제공하고 있다. 그러나 복잡하고 거대만 구조물을 갖는 기계장치의 동특성을 예측하고자 할 때, CAE 를 이용한 방법의 적용성을 확보하기 위해서는 무엇보다도 해석모델을 제작하는 데 소요되는 시간이 단축되어야 한다. 유연 다물체 동역학 해석은 유연체, 즉 구조물의 탄성변형을 고려하기 위하여 유한요소모델에 성분모드합성법을 적용해서 구한 성분모드로부터 유연체의 변형모드를 구하여 사용하고 유한요소모델의 절점자유도에 대한 절점변수 대신 변형모드에 대한 모달변수를 유연체의 탄성변형을 표현하는 독립변수로 사용하여 수행된다. 이때 변형모드에 대한 모달변수의 수는 일반적으로 절점변수의 수, 즉 절점 자유도수 대비 매우 적으므로 유연체의 탄성변형에 대한 독립변수의 수, 즉 탄성 자유도수가 크게 감소되어 결국 유연 다물체 동역학해석이 효율적으로 수행된다. 그러나 유연체의 형상이 매우 복잡하고 거대한 경우, 유연체의 유한요소모델을 제작하고 실험적모드해석 결과와 비교하여 모델을 수정하는 데 소요되는 비용이 매우 많아지게 된다. 또한, 유연제의 유한요소모델은 매우 많은 절점 자유도수를 갖게 되므로 유한요소모델로부터 변형모드를 계산하는 연산비용이 증대되고 동역학 해석의 전, 후처리 과정 및 해석과정 중 매 적분시간마다 유연체의 관성행렬 계산을 위한 연산비용이 증가하여 결과적으로 다물체 동역학 해석의 효율성이 저하된다 따라서 유연 다물체 동역학해석을 효율적으로 수행하기 위해서는 유연체의 변형모드를 계산하는 데 사용되는 모델제작 및 보정에 소요되는 비용이 저렴하면서도 자유도가 적은모델을 제작하는 방법이 요구된다. 본 논문에서는 유연 다물체 동역학해석의 효율성을 증대하는 방법으로서 실험적 모드해석을 이용한 유연 다물체 동역학 해석방법을 제안하고자 한다. 제안된 방법은 실험적 모드해석을 수행해서 구해진 모드형상 및 모달 파라메터를 이용해서 유연체의 변형모드를 계산한다. 여기서 계측되지 않은 절점 자유도의 모드형상은 자유도 확장법을 이용해서 구해지며 가상일의 원리를 이용해서 주어진 변형모드에 대한 유연체의 운동방정식이 도출된다.