KR-102962046-B1 - METHOD FOR EVALUATING THE FASTENING STRENGTH OF HOUSING

Abstract

본 발명은 체결력 평가 방법에 관한 것으로, 하우징에 대한 유한요소해석 기본모델을 생성하고, 상기 생성된 유한요소해석 기본모델에 기초하여 하우징의 기본 체결력을 산출하는 단계; 상기 유한요소해석 기본모델에 사전 응력(Pre-stress)을 부여하여 상기 사전 응력에 따른 상기 유한요소해석 기본모델의 잔류 변형을 분석하고, 상기 유한요소해석 기본모델 내에서의 노드별 변형값을 산출하는 단계; 각 노드에 상기 산출된 변형값을 부여한 유한요소해석 변형모델에 사전에 설정되는 방향으로 하중을 적용하여 상기 하우징의 변형 체결력을 산출하는 단계; 및 상기 변형 체결력과 상기 기본 체결력을 비교하여 상기 하우징의 체결력을 평가하는 단계를 포함한다. 이에 의해 하우징을 제조하는 과정에서 최적의 설계안을 도출하여 하우징의 체결력을 향상시킬 수 있다.

Inventors

• 김정진
• 배정빈

Assignees

• 계명대학교 산학협력단

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241112

Claims (2)

1. 하우징의 체결력을 평가하는 체결력 평가 장치에서의 체결력 평가 방법으로서, 하우징 모델에 대한 유한요소해석 기본모델을 생성하고, 상기 생성된 유한요소해석 기본모델에 기초하여 하우징의 기본 체결력을 산출하는 단계; 상기 하우징 모델에 사전 응력(Pre-stress)을 부여하여 상기 사전 응력에 따른 상기 하우징 모델의 잔류 변형을 분석하여 노드별 변형값을 산출하는 단계; 상기 유한요소해석 기본모델 내의 각 노드에 상기 산출된 변형값을 부여한 유한요소해석 변형모델에 사전에 설정되는 방향으로 하중을 적용하여 상기 하우징의 변형 체결력을 산출하는 단계; 및 상기 변형 체결력과 상기 기본 체결력을 비교하여 상기 하우징의 체결력을 평가하는 단계를 포함하는 체결력 평가 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 기본 체결력을 산출하는 단계는, 상기 하우징 모델의 대칭구조를 기반으로 상기 하우징의 일부 영역에 대한 상기 유한요소해석 기본모델을 생성하는 단계; 및 상기 유한요소해석 기본모델에 대해 횡 하중 및 축 하중을 적용하여 상기 하우징이 분리되는 분리 하중을 산출하고, 상기 산출된 분리 하중에 기초하여 상기 기본 체결력을 산출하는 단계를 포함하고, 상기 하우징의 변형 체결력을 산출하는 단계는, 상기 유한요소해석 변형모델에 대해 상기 하중을 적용시킬 조건인 경계 조건을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 경계 조건에 따라 상기 유한요소해석 변형모델에 하중을 적용하여 상기 하우징의 변형 체결력을 산출하는 단계를 포함하는, 체결력 평가 방법.

Description

하우징의 체결력 평가 방법{METHOD FOR EVALUATING THE FASTENING STRENGTH OF HOUSING} 본 발명은 하우징의 체결력 평가 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상판과 하판을 포함하는 하우징에 대한 체결력을 평가하기 위한 체결력 평가 방법에 관한 것이다. 본 발명은 한국연구재단에서 주관하는 "프리스트레스와 최적설계 기반 손목 마사지기 모듈의 체결력 계산 기술(사업명 : LINC 3.0-지역기업 수요 맞춤형 선행기술개발 과제)(과제번호:20240359)"의 지원에 의한 연구 성과이다. 최근 전자기기에 대한 보급이 활성화됨에 따라 다양한 종류의 전자기기가 사용되고 있는데, 특히 전자기기의 이동성 및 휴대성을 위해 전자기기가 모듈화 됨에 따라 다양한 형태 및 크기의 하우징이 사용되고 있다. 이러한 모듈화된 전자기기의 일례로는 손목 마사지기가 있을 수 있다. 하지만 이러한 모듈화된 전자기기 제공을 위한 하우징은 상판 및 하판이 체결되는 방식으로 구비되는 바, 일상 하중에 의해 분리되는 문제가 있다. 따라서 제품의 내구성 및 안전성에 신뢰성을 부여하기 위해서는 상판 및 하판 간의 정확한 체결력을 계산하고, 이를 하우징의 설계에 반영해야 하지만, 종래의 체결력 계산은 제조 과정에서 발생하는 여러 관련된 요소를 충분히 고려하지 않는다. 특히 재료는 제조 과정에서 원래의 형태로 돌아가려는 성질로 인해 잔류 응력이 발생하기 때문에 대다수의 구조물은 제조 과정에서 잔류 응력(Residual Stress)이 발생하므로, 실제 사용환경과 유사한 구조 해석을 위해서는 잔류 응력에 대한 고려가 필수적이다. 한편 사전 응력(pre-stress)는 구조물에 외부 하중이 가해지기 전에 미리 구조물 내부에 응력을 도입하는 과정으로, 다양한 상황에 노출되는 구조물의 정확한 해석을 위해서는 이러한 사전 응력을 고려한 구조 해석이 필요하다. 따라서 하우징의 사전 응력을 고려한 체결력을 평가할 수 있는 방안이 필요하다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 체결력 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 체결력 평가 대상이 되는 하우징의 일례를 도시한 도면, 도 3은 도 2의 하우징에 대한 체결력 평가를 위해 하우징을 단순화한 모델을 예시적으로 도시한 도면, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 체결력 평가 방법을 통해 생성되는 유한요소해석 기본모델을 설명하기 위한 도면, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 체결력 평가 방법에서 하우징의 기본 체결력을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면, 도 7 및 도 8은 유한요소해석 기본모델에 사전 응력을 부여하여 변형값을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 체결력 평가 방법을 통해 생성되는 사전 응력을 부여한 하우징의 변형 체결력을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면, 그리고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 체결력 평가 방법에서 하우징의 체결력을 평가하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다. 본 발명에 따른 구성요소들은 물리적인 구분이 아니라 기능적인 구분에 의해서 정의되는 구성요소들로써 각각이 수행하는 기능들에 의해서 정의될 수 있다. 각각의 구성요소들은 하드웨어 또는 각각의 기능을 수행하는 프로그램 코드 및 프로세싱 유닛으로 구현될 수 있을 것이며, 두 개 이상의 구성요소의 기능이 하나의 구성요소에 포함되어 구현될 수도 있을 것이다. 따라서 이하의 실시예에서 구성요소에 부여되는 명칭은 각각의 구성요소를 물리적으로 구분하기 위한 것이 아니라 각각의 구성요소가 수행되는 대표적인 기능을 암시하기 위해서 부여된 것이며, 구성요소의 명칭에 의해서 본 발명의 기술적 사상이 한정되지 않는 것임에 유의하여야 한다. 이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 체결력 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 체결력 평가 방법은 체결력 평가 장치에서 수행될 수 있다. 이러한 체결력 평가 방법을 수행하는 체결력 평가 장치는, 체결력 평가 방법을 수행하기 위한 소프트웨어(어플리케이션)가(이) 설치되어 실행될 수 있으며, 체결력 평가 방법을 수행하기 위한 소프트웨어(어플리케이션)에 의해 제어될 수 있다. 이때 장치는 별도의 단말이거나 또는 단말의 일부 모듈일 수 있다. 또한, 장치는 이동성을 갖거나 고정될 수 있으며, 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. 이러한 장치는 서버(server) 또는 엔진(engine) 형태일 수 있으며, 디바이스(device), 기구(apparatus), 단말(terminal), UE(user equipment), MS(mobile station), 무선기기(wireless device), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 그리고 장치(100)는 운영체제(Operation System; OS), 즉 시스템을 기반으로 다양한 소프트웨어를 실행하거나 제작할 수 있다. 여기서 운영체제는 소프트웨어가 장치의 하드웨어를 사용할 수 있도록 하기 위한 시스템 프로그램으로서, 안드로이드 OS, iOS, 윈도우 모바일 OS, 바다 OS, 심비안 OS, 블랙베리 OS 등 모바일 컴퓨터 운영체제 및 윈도우 계열, 리눅스 계열, 유닉스 계열, MAC, AIX, HP-UX 등 컴퓨터 운영체제를 모두 포함할 수 있다. 그리고 장치는 체결력 평가 방법을 수행하면서 누적되는 데이터를 저장할 수 있다. 본 실시예에 따른 체결력 평가 방법은, 상판 및 하판을 포함하여 구비되는 하우징에 대한 체결력을 산출하고, 산출된 체결력에 기초하여 하우징의 체결력을 평가함으로써, 하우징의 체결력을 향상시키기 위해 마련된다. 이를 위해 본 실시예에 따른 체결력 평가 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이 하우징의 기본 체결력을 산출하는 단계(S110), 노드별 변형값을 산출하는 단계(S130), 하우징의 변형 체결력을 산출하는 단계(S150) 및 하우징의 체결력을 평가하는 단계(S170)를 포함한다. 하우징의 기본 체결력을 산출하는 단계(S110)에서는 체결력의 평가 대상이 되는 하우징의 제조를 위해 사전에 마련되는 설계데이터에 따라 하우징의 3차원 모델을 생성할 수 있다. 구체적으로 도 2는 체결력 평가 대상이 되는 하우징의 일례를 도시한 도면으로, 하우징의 기본 체결력을 산출하는 단계(S110)에서는 사전에 마련되는 설계데이터에 기초해 도 2에 도시된 바와 같이 하우징의 3차원 모델을 생성할 수 있다. 그리고 하우징의 기본 체결력을 산출하는 단계(S110)에서는 하우징에 대한 체결력을 평가하기 위해 하우징의 3차원 모델을 단순화시킬 수 있다. 도 3은 도 2의 하우징에 대한 체결력 평가를 위해 하우징을 단순화한 모델의 일례를 도시한 도면이다. 이러한 하우징의 기본 체결력을 산출하는 단계(S110)에서는 하우징의 대칭구조를 기반으로 하우징의 일부 영역에 대한 유한요소해석 기본모델을 생성할 수 있다. 구체적으로 하우징의 기본 체결력을 산출하는 단계(S110)에서는 도 2에 도시된 하우징의 3차원 모델을 도 3에 도시된 바와 같이 대칭구조를 기반으로 1/4에 해당하는 영역만을 모델링할 수 있다. 그리고 하우징의 기본 체결력을 산출하는 단계(S110)에서는 도 3에 도시된 하우징의 3차원 모델 내에서 1/4 영역만을 모델링한 단순화 모델에 대한 유한요소해석 기본모델을 생성할 수 있다. 또한 하우징의 기본 체결력을 산출하는 단계(S110)에서 유한요소해석 기본모델을 생성하기 위해 요소 크기에 따른 수렴성 분석을 수행하여 신뢰도를 확보할 수 있다. 구체적으로 하우징의 기본 체결력을 산출하는 단계(S110)에서는 하우징의 1/4 영역에 해당하는 단순화 모델을 유한요소 모델로 변환하여 유한요소해석 기본모델을 생성할 수 있다. 그리고 하우징의 기본 체결력을 산출하는 단계(S110)에서는 유한요소해석 기본모델을 생성하기 위해 요소 크기를 설정하게 되는데, 이러한 요소 크기의 설정은 하중조건과 경계조건을 분석한 결과의 수렴성에 기초하여 설정될 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 체결력 평가 방법을 통해 생성되는 유한요소해석 기본모델을 설명하기 위한 도면이다. 예컨대 도 4의 그래프에 도시된 바와 같이 유한요소해석 기본모델의 물성치로 플라스틱의 종류 중 하나인 Acrylonitrile Butadiene Styrene(ABS)의 물성치(Density: 1,050 kg/m3, Young's Modulus: 2,408 MPa, Poisson's Ratio: 0.4078)를 부여하고, 상판과 하판이 닿는 면에 무마찰(Frictionless)을 부여하며, 하우징의 측면에 x축으로 20.0N의 힘(Force)과 y, z축으로 0mm의 변위 (Displacement)를 부여한 후 요소의 크기를 3.2 mm부터 0.1 mm까지 감소하며 해석한 결과 0.2 mm일 때 수렴성이 높아지는 것을 확인할 수 있다. 따라서 하우징의 기본 체결력을 산출하는 단계(S110)에서는 유한요소해석의 효율성 및 신뢰성 확보를 위해 요소 크기를 0.2mm로 설정하여 유한요소해석 기본모델을 도 4에 도시된 바와