Modal Test를 통한 볼트 조립면 강성 튜닝 및 공진 분석

키워드

확장요약문

본 연구는 2025년 추계 소음진동공학회에서 소개된 ‘볼트 모델링 방법에 따른 가스터빈 엔진의 시동발전기 기어박스의 고유진동수’의 후속 연구로 이전 연구에서 수행된 볼트 모델링 방법을 적용해 가스터빈 엔진의 시동발전기 기어박스 볼트 조립면의 강성 튜닝에 대한 연구를 수행했다. 다만 가스터빈 엔진과 같이 수백개의 볼트가 조립되는 경우 3D 볼트 모델링 방법은 적절하지 않다. 따라서 본 연구에서는 해석의 경제성을 고려해 3D 볼트 모델링 방법을 제외한 나머지 4개의 모델을 방법에 대해 연구를 수행했다.

본 연구에서는 시동발전기 기어박스의 진동(공진) 안전성을 평가하기 위해, 어댑터 부품의 고유진동수를 분석하고 엔진 운용 조건에 따른 공진 마진을 분석했다. 또한 해석 모델의 신뢰성을 확보하기 위해 시동발전기 +어댑터+기어박스 조립체를 대상으로 Ping Test를 수행했다. Ping Test는 높은 Coherence로 신뢰성을 확보했으며 엔진 운용 범위를 포함하도록 수행되었다. Ping Test 결과와의 비교를 위해 Ansys Modal 해석에 Simple, Donut, Beam, Shell 4 가지 볼트 모델링 기법을 적용해 각 모델의 정확도를 비교 분석하였다. 분석 결과, Donut Contact 모델이 Ping Test 결과 가장 높은 정확도를 나타냈다. 위 과정에서 선정된 Donut 볼트 모델링 최적화를 위해 Donut Area 직경을 변수로 하는 Parameter Study를 수행해 계측 값과 해석 값 사이의 오차 및 표준편차가 최소가 되는 면적을 산출했으며 이를 최종 튜닝 모델에 적용하였다. 최종 튜닝 된 모델에서 도출된 고유진동수를 기반으로 가스터빈 엔진의 운용 조건인 IDLE, TAKE-OFF, MCP 구간에 대한 진동 마진을 평가하였다.

본 연구를 통해 볼트 조립면의 강성 튜닝을 위한 시험적, 해석적 방법을 수립했다. 연구 과정에서 개발된 기술들은 가스터빈 엔진 공진 마진 평가, 시스템 다이나믹스 구성, 동 강성 측정 등 다양한 설계/시험에 활용될 예정이다. 차후 가스터빈 엔진 조립체를 대상으로 볼트 접촉면 강성 튜닝을 위한 연구를 수행할 예정이다.