The sub-frame is located on the lower body of a monocoque type vehicle and serves as an engine and suspension, and is an important object part that receives a lot of load. The existing press-type sub-frame has a large number of parts for assembling, which causes an increase in cost. Changing the machining form of this part from the existing press-type machining method to the hydro-forming machining method has the advantage of reducing the cost and weight at the same time due to the reduction of the process. Therefore, in this study, the purpose of this study is to change the design so that the sub-frame of the existing press type can be changed to the hydro-forming process method. To this end, we intend to present a design method by analyzing the effect on the rigidity of the sub-frame using the existing machining method through shape optimization analysis.

본 연구는 전기자동차 충전시스템에서 전력변환장치의 경량화를 위한 최적화 분석프로세스에 대한 내용을 서술하였다. 최적화 설계는 재료 물성치에 대한 설계민감도와 수학적 최적화를 결합하여 주어진 재료량 제한조건 하에 최적의 재료분포를 찾는 설계기법으로 위상의 고정화, 자유도가 묶이는 문제 등을 해결할 수 있는 위상 최적화방법을 사용하였으며, 위상 최적화 방법 중 비교적 수식화가 간단하고 수렴성이 좋은 SIMP법(solid isotropic material with penalization)에 의해 경량화 설계를 수행하였다. 경량화 설계는 3단계의 절차로 구성하였으며, 첫 번째 단계로 전력변환장치의 기본 설계에 대한 유한요소모델을 구성하고, 하중에 대한 정적해석을 수행하였다. 두 번째 단계로 정적해석 결과에 대해 등방성 재료의 강성계수를 적용한 밀도법을 이용하여 위상 최적화를 수행하여 경량화를 위한 최적 형상을 도출하였다. 세 번째 단계로 최적 형상에 대해 차량 탑재 부품의 충격시험기준에 만족하는 반정현파 펄스형태 충격하중을 인가하여 충격해석을 수행하였다. 위상 최적화단계에서 사용 환경조건으로 설계영역 정의는 마운팅 브래킷 영역으로 제한하였으며, 마운팅 브래킷의 설계 최적화를 통해 최종적으로 기본설계대비 20%이상의 경량화가 가능한 설계기술을 확보하였다.

In order to obtain the goal of the weight reduction of automobile components, the researches about lighter and stronger wheel carriers have been studied without sacrificing the safety of them. In this study, the weight reduction design process of wheel carrier could be proposed based on the variation of von-Mises stress contour by substituting an AA6061 (aluminum 6061 alloy) having tensile strength of 310 MPa grade instead of FCD600 Irons. From the stress analysis results before and after design modification, the stress relaxation was done at every given loading conditions. Therefore, it could be reached that this approach method could be well established and be contributed for light-weight design guide and the optimum design conditions of the automotive wheel carrier development.