For improving high-safety, convenience, and ride comfort, the automotive design suffers from radical increase of the weight, the recycling-related rules, regulations on the waste gas, and environmental protection of the resources. Among them, it is well known that the weight increase is the most critical. Thus, in order to minimize the weight of the body-in-white that takes up 20-30% of the whole weight of the automobile, most automotive manufacturers have attempted to develop the aluminum intensive body-in-white using aluminum space frames. In this research, the crush test and simulation for aluminum extrusions are performed to evaluate the collapse characteristics of that light weighted material. Also. the same test and simulation was done for aluminum extrusions filled with structural foam. Then, these results are analyzed and compared. From these studies, the effectiveness of structural foam is evaluated in improving automotive crashworthiness. Finally, the design strategy and guideline of the structural form are suggested in order to improve the crashworthiness for aluminum space frame in the vehicle.
International Journal of Ocean Engineering and Technology Speciallssue:Selected Papers
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제5권1호
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pp.53-57
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2002
Most of the heli-decks are constructed with aluminum extrusions. The heli-deck product company supplies structural analysis data to the shipbuilding companies: so, if the shipbuilding co. needs to make up for the weak points in the current system, they only need to analyze the substructure through the FEA. In this paper, we will concentrate on the following issues: analysis of aluminium extrusions regarding the structural analysis data, and check safety about the substructure through the FEA.
For the weight reduction of vehicle body up to 20∼30% compared to the conventional monocoque steel body·.in-white, most automotive manufacturers have attempted to develop the aluminum intensive body-in-white using an aluminum space frame. In this paper, the crush tests and simulations for the aluminum extrusions filled with the structural from are performed to evaluate the collapse characteristics of that light weighted material. From these studies. the effectiveness of structural for is evaluated in improving automotive crashworthiness. In order to improve the improve energy absorption capability of the aluminum space frame body, safety design modifications are performed and analyzed based on the suggested collapse initiator concepts and on the application of the aluminum extrusions filled with structural foam. The effectiveness of these design concepts on the frontal and side impact characteristics of the aluminum intensive vehicle structure is investigated and summarized.
한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part2
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pp.1294-1295
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2006
Various reactions and the in-situ formation of new phases can occur during the mechanical alloying process. In the present study, Al powders were strengthened by AlN, using the in-situ processing technique during mechanical alloying. Differential thermal analysis and X-ray diffraction studies were carried out in order to examine the formation behavior of AlN. It was found that the precursors of AlN were formed in the Al powders and transformed to AlN at temperatures above $600^{\circ}C$. The hot extrusion process was utilized to consolidate the composite powders. The microstructure of the extrusions was examined by SEM and TEM. In order to investigate the mechanical properties of the extrusions, compression tests and hardness measurements were carried out. It was found that the mechanical properties and the thermal stability of the Al/AlN composites were significantly greater than those of conventional Al matrix composites.
Aluminum matrix composites strengthened by the quasi-crystalline (QC) phase were developed in the present study. The icosahedral $Al_{65}Cu_{20}Fe_{15}$ phase was produced by gravity casting and subsequent heat treatment. The mechanical milling process was utilized in order to produce the Al/QC composite powders. The microstructures of the composite powders were examined by optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). The composite powders were subsequently canned, degassed and extruded in order to produce the bulk composite extrusions with various volume fractions of QC. The microstructure and mechanical properties of the extrusions were examined by OM, SEM, Vickers hardness tests and compression tests. It was found that the microstructures of the Al/QC composites were uniform and the mechanical properties could be significantly improved by the addition of the QC phase.
논문은 위상최적화와 치수최적화 해석기법을 이용한 샌드위치 복합재와 알루미늄 압출재로 구성되는 하이브리드 철도차량 차체 구조물의 경량 모듈화 설계에 관한 연구이다. 위상최적설계는 초기설계단계에 차체 구조물의 최적의 재료적용부위를 선정하기 위해 사용되었으며, 치수최적화설계는 하이브리드 차체 구조물의 최적 설계 변수를 찾기 위해 사용되었다. 이때, 최적화해석은 일계법과 부분문제근사법을 사용하였다. 위상최적설계해석을 통해 차체 구조물의 강성 및 제작성을 향상시키기 위한 언더프레임, 로우 사이드 패널 모듈에 1차 부재인 알루미늄 압출재의 적용이 적절하고, 샌드위치 복합재는 무게를 최소화하기 위한 2차 부재로서 루프 및 미들 사이드 패널 모듈에 적용이 적합하다는 결론을 얻었다. 또한, 알루미늄 압출재와 샌드위치 복합재로 구성되는 하이브리드 차체 구조물의 무게는 샌드위치 복합재로만 만들어진 차체 구조물과 비교하여 최대 17.7%까지의 경량화 효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.
This paper describes a weight-reduction design method for the car bodies of a double deck high-speed train (service speed of 300 km/h). The method uses lightweight materials and a topology optimization technique. In this study, aluminum extrusions and sandwich composites were selected as the best materials to reduce the weight of the car body. The topology optimization technique was used to determine which car body parts could be made of the sandwich composites to achieve additional weight savings. The results of the topology optimization analysis showed that sandwich composites could be used for secondary car body members such as the roof and the second underframe. Also, it was found that a car body composed of aluminum extruded parts and sandwich composites could weigh up to 14% less than a car body made of only aluminum extrusions.
샌드위치 판은 질량에 비해 높은 강성과 강도를 갖고 있으므로 매우 효율적인 구조재로서 폭넓게 쓰이고 있다. 알루미늄 압출 샌드위치 판의 적절한 설계를 위하여는 역학적 거동 해석이 선행되어야 하나, 아직 이에 대한 연구는 미비한 상태이다. 코어가 채워져 있지 않은 중공 단면(hollow section)인 샌드위치 판의 역학적 거동 해석에는 일반적으로 상세 유한 요소 해석을 하게되나, 이는 모델링과 해석에 많은 시간이 소요된다. 본 논문에서는 트러스(truss) 형상의 심재를 갖는 샌드위치 구조 압출재를 이방성의 판으로 치환하여 해석하는 방법을 제시하였다 적절한 이방성 후판으로의 치환을 위해 등가의 강성을 평가하는 방법을 제안하였으며, 이 등가의 강성을 판 이론에 적용하여 균일 분포 하중을 받는 사변 단순지지 조건의 알루미늄 압출재에 대한 처짐과 응력에 대해 간이 해석식을 개발하였다. 아울러 상용 유한 요소 프로그램을 이용하여 계산한 결과와 비교한 결과 제시한 간이식의 높은 정도와 효율성이 입증되었다.
The purpose of this study is to propose the modular design of hybrid lightweight carbody structures made of sandwich composites and aluminum extrusion. The sandwich composites were used for secondary structures to minimize the weight of carbody, and the aluminum extrusions were applied to primary structures to improve the stiffness of carbody and manufacturability. Key requirements were defined for the modular design of hybrid carbody, and the applied parts of sandwich composites were determined through the topology optimization analysis. Consequently, feasibility of enhancing mass saving and maintainability in modular hybrid carbody design were presented, comparing with the carbody structures made of aluminum extrusion or sandwich composites only.
Two angle-shaped extrusions have been studied in order to analyze the bending effect of the extruded product using the three-dimensional rigid-plastic finite element method. The velocity distribution at the outlet becomes the source for the construction of the bending configuration of the final product. in which an analytic scheme has been developed for the description of the bending. A systematic approach presented here appears to have sound agreement with the experimental result, and has been applied to a large extrusion of aluminum alloy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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