불확도를 고려한 동특성기반 자동차 구조물 성능 평가

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 자동차 구조물의 성능을 평가함에 있어 실험 기반 측정 과정과 유한요소해석(FEA) 과정에서 발생하는 불확실도(uncertainty)를 체계적으로 분석하고, 이러한 불확실도가 자동차 구조물 해석 결과의 정확도(신뢰도)에 미치는 영향을 규명하는 데 목적이 있다.
실험 과정에서는 측정장비의 분해능, 환경적 요인, 반복·재현성의 한계, 측정 방법의 제약 등으로 불확실도가 발생하며 국제표준(ISO/IEC Guide 98-3, ISO 5725 등)에 의해 규정되어 있다.
컴퓨터 시뮬레이션에서는 요소 크기, 요소 형상, 모델 단순화, 입력 물성의 변동성, 시간 증분 및 결과 출력 주기등과 같은 입력된 조건 인자들이 해석 정확도(신뢰도)에 영향을 미친다.
유한요소해석의 이론적 배경과 수렴성 특성을 고찰하고, 외팔보 예제를 통해 최대응력과 변위 예측 결과를 이용하여 수렴성을 분석하였으며, 그 결과 변위는 안정적인 단조 수렴(Monotonic convergence)을 보인 반면 최대 응력은 낮은 수렴성으로 기존 이론과 동일한 경향을 보였다.
실제 구조물 사례로 자동차 CCB(Car Cross Beam)를 대상으로 검증해석을 수행하여, 강체 형상 차이, 시간 증분 설정(TSSFAC), 결과 출력 주기 등이 반력(Reaction Force)에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다. 강체 직경이 20% 감소할 경우 반력이 약 16% 감소하고, 시간 증분·출력 주기 변화만으로도 17% 수준의 결과 변동 발생을 확인하였다.
이를 바탕으로 본 연구는 자동차 구조물 동특성 기반 실험–시뮬레이션 간 오차를 최소화하고 유한요소해석의 신뢰성을 향상시키기 위한 실질적 기준을 제공한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study analyzes uncertainties arising from both experimental measurements and finite element analysis (FEA) when evaluating automotive structural components. Experimental uncertainty is influenced by factors such as measurement resolution, environmental variation, and limitations in repeatability and reproducibility, as defined in standards including ISO/IEC Guide 98-3 and ISO 5725. In simulations, analysis accuracy is affected by mesh characteristics, geometric simplification, material property variability, and numerical parameters such as time-step scaling and output intervals. Convergence behavior was examined using a cantilever beam, where displacement showed stable monotonic convergence while maximum stress exhibited limited convergence. A validation study on a Car Cross Beam (CCB) further revealed that a 20% reduction in rigid-body diameter decreases reaction force by about 16%, and variations in time-step and output frequency can cause deviations of up to 17%. These findings provide practical guidance for minimizing discrepancies between experiments and simulations and improving the reliability of FEA in automotive structural analysis.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 실험 불확실도 1
• 1.2 컴퓨터 시뮬레이션 불확실도 2
• 1.3 연구의 목적 2
• 제 2 장 이론적 배경 4
• 2.1 유한요소해석 결과의 특징 4
• 2.2 유한요소 해석결과의 수렴성 특징 6
• 제 3 장 연구 설계와 분석방법 8
• 3.1 변위 및 강성의 수렴성 8
• 제 4 장 실증분석 13
• 4.1 검증 해석 분석 13
• 4.2 결과에 영향을 미치는 인자와 불확실도 14
• 4.3 모델링 불확실도 17
• 제 5 장 결론 및 제언 19
• 참고문헌 20
• Abstract 21