해석배경
자동차 상단 내부 자유 모션 헤드(FMH) 충격 안전 요구 사항(FMVSS 201)을 충족시키는 제품 설계는 엔지니어가 중요하게 고려해야 할 것 중 하나입니다. FMVSS201 안전 규정에 따르면 FMH에 15mph 속도의 충격이 가해질 때 머리 상해 기준값(Head Injury Criteria - HIC(d))이 1000 미만이어야 합니다. 일반적으로 자동차 내부 구성 요소 자체로는 HIC(d)값 증가에 큰 영향을 미치지 않지만 구성요소 내에 강철 구조 요소들로 큰 영향을 미칩니다. 따라서 내부 구성 요소와 강철 구조물 사이의 갭으로 인해 FMH의 가속 응답이 높은 HIC(d) 와 Peak G Force값에 영향을 미치지 않게 하기위한 몇가지 내부 에너지의 형태로 FMH의 운동 에너지를 흡수 할 수있는 규정이 제정되었습니다.
※ Peak G Force : FMVSS 201 상단 내부 헤드 충격 보호에 대한 대응책의 효과 - Arun Chickmenahalli
※ FMVSS201U – 미연방 자동차 안전성 표준 (Federal Motor Vehicle Safety Standard)
FMVSS201 상단 내부 헤드 충격 보호는 탑승자를 충격으로부터 보호하기 위한 표준 요구사항을 명시합니다 .
이 표준은 승용차 및 10,000 파운드 이하 GWR을 가진 다목적 승용차, 트럭 그리고 버스에 적용됩니다. FMVSS 201의 준수 기준은 헤드 결과 가속의 무게 중심으로부터 계산 된 HIC(d)이며 FMVSS 201에 의해 설정된 성능 기준은 아래 공식에 따라 계산할 때 HIC(d)가 1000을 초과하지 않아야합니다.
해석목적
- 차량 내장재와 탑승자의 머리 충돌 시의 상해치가 FMVSS201법규 만족 여부 확인하기 위함
- FMVSS201 법규에 따라 HIC(d) 및 피크 가속 값 측면에서 유한 요소 분석 결과와 해석결과를 비교하여 안전 플라스틱 시뮬레이션 방법을 모색하기 위함
해석모델 및 해석조건
B-Pillar 구조
-
• 노드 수 : 23,537개
-
• 요소 수 : 25,850 개
-
• 주 재료 : 아래 4가지 비선형 재료 모델이 사용
비선형 재료 속성표
해석결과
midas NFX의 시뮬레이션에 따르면 HIC(d) 계수 값은 1,175이며 법규 기준치인 1,000를 넘어가므로 따라서 FMVSS201 규정 불충족으로 내장구조의 재설계가 필요합니다.
헤드 충돌 시스템의 변위 분포
헤드충돌 시스템의 시간-가속화 Plot
설계 단계 CAE 솔루션 MeshFree
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