Impact Analysis of Bodies using FEA
Gil-Dong Kim†,Dong-Gun Chang,Sulho Kim
School of Automotive Engineering, Hankook University
유한요소해석을통한인체의차량충돌해석
김길동,장동건,김술호
한국대학교자동차공학부
Recently, the pedestrian protection regulations of Europe and Japan are becoming more stringent. However, it is difficult to evaluate the performance of protection because each regulation has different test conditions such as dummy, impact speed and so on. In this study, we construct a finite element model of pedestrian lower legform impactor prescribed in EEVC (European Experimental Vehicle Committee) W/G 10, and performed a impact analysis between the impactor and the front end module of vehicle. The simulations are carried out by using LS-DYNA3D, which is a well-known nonlinear dynamic simulation software. The analysis results according to various impact location show the impact characteristics of the lower legform.
Keywords：Pedestrian Lower Legform Impactor, Impact Analysis, Finite Element Analysis
1. 서론[2][(]
최근차량에대한기존안전법규의강화및차량상품성에큰영향을미치는 NCAP(New Car Assessment Program, 신차평가프로그램) 등의시험으로인하여차량탑승객의상해는점차줄어드는추세이다. 하지만충돌시차체변형감소를강조하는 OFFCAP(Offset NCAP) 등의영향으로차체가강화되어오히려보행자의상해는늘어나는추세이다.
보행자보호를위해주요국가들은보행자의상해감소를위한세계기술기준을제정하려는노력을기울이고있다. 이에따라현재국내에서도강화되는보행자안전법규에효과적으로대응하기위해컴퓨터를이용한모의충돌실험을통한차량의보행자안전설계에많은노력을기울이고있다[1,2]
본연구에서는보행자관련차량충격설계에필수적인 EEVC W/G 17에서규정하는실제사고시차체전면부와접촉하는다리하체모형과차량전장모듈부와의충돌시거동을유한요소해석을통하여분석하였다. 이를위하여, 다리하체모형의충돌위치및범퍼내부에삽입되는에너지흡수재등이보행자에미치는영향을살펴보았다.
2. 유한요소모델링및해석조건
2.1 다리하체충격모형
EEVC W/G 17에서규정한다리하체모형(lower legform impactor)은<Figure 1>과같이발포재(foam)로덮여진대퇴골(femur)과경골(tibia)에해당하는두강체가변형하는무릎관절에의해연결된구조로이루어져있다.
<Figure 1> Impact Model of Body
<Figure 1>과같이규정된다리하체모형에대해서유한요소모델링하였다. 피부는셸요소(shell element), 발포체와두강체부위는솔리드요소(solid element)로모델링하였다. 무릎조인트는대퇴골과경골을연결해주는것으로서보요소(beam element)로모델링하였다. 발포재(foam)에사용된물성은 EuroSID 측면충격더미의발포재로쓰이는 LS-DYNA 3D의 material type 62번을사용하였으며그값들은<Table 1>과같다.
<Table 1> Material Properties of Foam
Item / Valuer (Mass density) / 9.6e-11[ton/mm3]
E1(Young’s modulus) / 1[MPa]
N1(Exponent in power law) / 4
V2(Viscous coefficient) / 1.5e-03
NU(Poisson’s ratio) / 0.05
2.2 차량전면부유한요소모델링
본연구에서사용된차량에서고려된부분은차량의전면부위로서유한요소모델링하였다. 사용된전체유한요소의개수는 85,988개이고, 이중에서셀요소는 47,739개이고솔리드요소는 38,249개로구성되어있다.
차량충돌해석을위하여 EEVC에서규정한범퍼와다리하부임팩터모델의충돌시험조건을적용하였다. 차량은정상적인주행위치에있고편평한지지대위에튼튼하게고정된상태로가정하였다.
3. 임팩터모델의충돌거동분석
3.1 초기해석결과
범퍼중앙부인 P1지점에충돌해석을수행한결과의수치해석상의신뢰성을확인하기위해시간에따른에너지분포를살펴보았다. 비선형충돌해석용외연적분(explicit time integration) 프로그램이통상적으로권고하는 hourglass energy가전체변형에너지의 5% 미만이므로해석결과의안정성에대해서수치적인문제점은없다고판단된다.
3.2 다리하체모형의위치에따른결과
범퍼와하체모형의충돌위치에따른영향을살펴보고자하체모형의위치를초기해석안의위치에서위/아래방향으로각각 10mm와 20mm씩이동하면서총 5가지경우에대해서해석을수행하였다. 하체모형의위치가높아질수록, 즉충돌위치가낮아질수록하체모형이받는가속도의크기가감소함을알수있다.
4. 결론
본연구에서는보행자관련차량충격설계에필수적인 EEVC W/G 17에서규정하는실제사고시차체전면과접촉하는다리하체모형의유한요소모델을구성하였다. 구성된다리하체모형의유한요소모델을이용하여차량의전면부와충돌시하체모형이받는충격에의한거동을수치적으로살펴보았다. 해석결과로부터차량의범퍼부형상에따른충격위치, 에너지흡수재등이충돌시보행자에미치는영향이큰것으로나타났으며, 보행자안전을위해다양한설계개선의가능성을확인할수있었다.
Acknowledgement
This study has been partially supported by a Research Fund of Hankook University, Korea.
참고문헌
[1] J.Kim and Y.G.Yoon, “Improved Test Methods to Evaluate Pedestrian Protection Affected by Passenger Cars,” J. Soc. Korea Ind. Syst. Eng 2012 June; 24(2), 103-115.
[2] Livermore Software Technology Corporation, LS-DYNA Use’s Manual Ver. 950, 1999.
[2]교신저자 :
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