Prediction Algorithm of Gap and Flush for Virtual Assembly using Finite Element Analysis
- 주제어 (키워드) gap/flush , hinge , influence factor , bolt fastening , panel clearance , deformation , finite element anaylsis , algorithm , 갭/단차 , 힌지 , 영향인자 , 볼트 체결 , 판넬 유격 , 변형 , 유한요소해석 , 알고리즘
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 김동철
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000079551
- UCI I804:11029-000000079551
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
Reducing assembly gaps (Gap/Flush) and tolerances during the assembly of the Body in White (BIW) with multiple components is a critical factor in ensuring the quality of vehicle assembly. Hoowever, studies analyzing the influence factors causing deformation during the assembly process and developing optimization algorithms for component shape remain insufficient. This study focuses on vehicle doors with different shapes mounted onto the BIW. Finite Element Method (FEM) simulations were performed to analyze the deformation caused by bolt fastening, considering hinge deformation and body panel distortion during assembly. Influence factors contributing to assembly-induced deformation were identified and incorporated into the simulation. The FEM model was validated through tensile tests and mock-up experiments using hinge specimens. The Design of Experiments (DOE) was configured using the Taguchi Method, and simulations were conducted at three levels for each influence factor. The impact and trends of these factors on Gap/Flush variations after assembly were analyzed, leading to the development of a prediction algorithm for assembly-induced changes. Furthermore, a generalized algorithm was proposed to predict deformation based on design variables representing component geometry. The proposed generalized algorithm was validated by comparing its predictions to 3D scan measurements of arbitrary assembled components, confirming its accuracy and applicability.
more초록 (요약문)
차체 골격을 담당하는 BIW (Body in white)를 여러 구성 부품들과 조립할 때 발생하는 간격 (Gap/Flush)과 조립공차를 줄이는 것이 차량 조립의 품질을 보장하는 데에 중요한 요소이다. 그러나 설계된 부품들을 조립 시 변형의 원인인 영향인자들에 대한 분석과 더불어 부품 형상 최적화를 위한 알고리즘 연구는 부족한 상황이다. 본 연구에서는 BIW 에 장착하는 서로 다른 형상의 차량 도어에 대해 유한요소법(FEM)을 활용하여 실제 도어 부품을 BIW 차체에 장착 시 볼트 체결에 따른 힌지의 변형, 차체 판넬의 변형을 고려하기 위해 조립 시 변형에 기여하는 영향인자들을 선정하여 시뮬레이션을 구현하였다. 힌지 시편의 인장시험과 목업시험을 통해 해석 모델의 정합성을 검증하였다. DOE 선정을 위해 실험계획법 (Taguchi Method)을 활용한 영향인자들의 3 가지 Level 별로 시뮬레이션을 진행하고, 이를 통해 조립 후 Gap/Flush 의 변화량에 미치는 경향 및 영향도를 분석하여 최종 조립 시 변화량을 예측할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 그리고 임의의 부품 형상에 대한 새로운 변화량 예측 알고리즘을 위해 부품 형상을 표현하는 설계인자들에 따른 일반화된 알고리즘을 제시하였다. 이후 실물 시험을 통해 임의의 조립품에 대해 실제 3D Scan 결과와 일반화 알고리즘 결과 비교를 통해 개발 알고리즘 검증을 진행하였다.
more목차
Introduction 8
2. FE modeling and experiment 12
2.1 Selection of influence factors with assembly study 12
2.2 FE model for assembly process 14
2.3 Selection of DOE using taguchi method 16
2.4 Validation of FE model through hinge specimen test 18
3. Development of prediction algorithm with FE analysis 20
3.1 FE analysis of gap trends for influence factors 24
3.2 FE analysis of flush trends for influence factors 32
3.3 Define prediction algorithms for gap/flush displacement 40
3.4 Generalization algorithms through design variables 46
3.5 Derivation of homogenous transformation matrix based on algorithms 53
3.6 Component test with 3D scan for algorithm verification 57
4. Conclusion 60
5. References 62
