머신러닝을 이용한 초기 설계 단계에서의 추진 축계 비틀림 진동 추정

울산대학교 산업대학원 자동차 및 해양기술 대학원 졸업. 본 작품은 석사논문으로 제출되었습니다. 울산대학교 산업대학원 자동차 및 해양기술 대학원 졸업.

서론

이러한 비틀림 현상이 장기간에 걸쳐 차축 시스템에 반복적인 하중으로 작용하게 되면 피로파괴로 인해 동력이 전달되지 못하는 상황이 발생할 수 있습니다. 그러나 에너지 효율이 높은 모터는 필연적으로 내구성이 저하되며, 차축 시스템의 비틀림 진동의 경우도 마찬가지였습니다. 특히 동력인출장치(PTO)와 같은 엔진 부하 증가 장치의 사용이 보편화되면서 비틀림 진동 제어가 어려워지고 있습니다.

연구 배경

또한 새로운 프로젝트가 추가되면 지속적인 개선이 이루어지므로 사용자는 모델을 업데이트하여 예측 정확도를 높일 수 있습니다. 2장에서는 샤프트 비틀림 진동의 이론과 기계 학습을 설명합니다. 비틀림 진동 해석에 이를 사용할 때 두 가지 유형의 감쇠가 고려됩니다.

7 비감쇠 자유진동의 고유진동수 해석 방법. 다변량 다항식 회귀(MPR)는 이 모델을 참조하며 3차 이상에 적용될 수 있습니다.

이는 엔진 출력 및 실린더 용량과 관련이 있으며, MIP가 높을수록 비틀림 진동의 가진력이 커집니다. 연속 운전 금지 범위 내에서 모터 여자 전력을 줄이기 위해 MIP가 감소됩니다. 예를 들어, 연료 분사 시기가 늦어지면 최대 압력이 떨어지고 가진력도 감소하게 된다.

다음은 전체 차축 시스템의 비틀림 강성입니다. 차축 시스템의 내구성을 평가하기 위해서는 응력 측면에서 결과를 확인하고, 최대 반력이 일어나는 엔진 속도에 따라 연속 사용 범위가 결정됩니다. 머신러닝에 사용된 가상 프로젝트는 [부록 2]에 나열되어 있습니다.

기계 학습을 통해 얻을 수 있는 최종 결과는 첫 번째 버전의 비틀림 고유 주파수와 첫 번째 버전의 비틀림 모드의 피크 응답입니다. 따라서 종속변수는 고유진동수와 피크 응답입니다. 고유진동수는 재료의 특성인 관성모멘트와 비틀림 강성과 관련이 있으므로 이 두 가지를 독립변수로 정의하였다.

최대 응답의 경우 가진력 및 감쇠에 따른 출력, 속도, MIP, LTVF, 프로펠러 감쇠 및 댐퍼 감쇠를 독립변수로 정의한다. 최대 응답은 고유진동수와도 연관되어 있으므로 MOI와 강성도 독립변수로 포함됩니다.

고유주파수를 추정할 수 있는 회귀식은 가장 높은 차수를 변경하여 4차까지 검증하였다. 회귀식에 따른 예측 고유진동수의 R-제곱과 평균절대오차의 결과는 다음과 같다. 2차 손실함수의 값을 기준으로 다항식의 최고항을 갖는 회귀식이 고유진동수 예측에 있어서 가장 정확도가 높은 것을 확인하였고, 이 회귀식은 (46)과 같이 표현된다.

예측을 통해 얻은 고유진동수가 유사함을 보여줍니다. 1) 샤프트 제너레이터 등 독특한 샤프트 디자인 2) 비틀림 진동 댐퍼 적용. 회귀식에 따른 예측 최대응답의 R제곱과 평균절대오차 결과는 다음과 같다.

R-squared 값을 바탕으로 3차 다항식의 최고항이 가장 좋은 회귀식을 이용하여 고유진동수를 예측합니다. 이는 반응과 예측으로 얻은 최대 반응값이 유사함을 보여준다. 고유진동수와 비틀림 진동응답의 주요 요소 중 하나인 MOI와 Stiffness는 [그림 28]의 왼쪽과 같이 각 샤프트의 상세치수를 이용하여 계산하고 직경이 다른 단면을 기준으로 모델링하였다.

관성 모멘트 및 비틀림 강성의 단순화된 계산 모델의 고유 진동수 및 최대 응답입니다. 보시는 바와 같이 토셔널 진동 댐퍼와 독특한 액슬 디자인이 적용되었습니다. 특히 비틀림 진동 감쇠 장치의 적용 여부에 따라 예측 정확도가 크게 향상됩니다.

결론

중간축과 프로펠러축은 최소직경의 단일직경 축으로 가정하였다. 이 단순화된 모델을 이용하여 관성모멘트와 비틀림 강성을 추정할 수 있음이 확인되었습니다. 즉, 예측된 최대 응답의 크기가 비정상적으로 클 경우 비틀림 제진 사양 중 하나인 댐퍼 사용 가능성이 높아진다.

1) 비틀림 진동 해석에 필요한 데이터가 충족되지 않더라도 비틀림 진동을 추정할 수 있습니다. 3) 섹션 1 비틀림 진동의 고유 진동수와 최대 응답을 확인하는 과정이 단순화됩니다. 기계학습을 통해 비틀림 진동을 추정하는 방법은 정교한 분석 과정을 거친 결과가 아니기 때문에 정확도가 떨어질 수 있습니다.

특히, 댐퍼를 적용한 경우 회귀수학식으로 추정한 결과의 정확도가 상대적으로 낮은 것으로 확인되었다. 따라서 회귀식을 수정하거나 예측 정확도를 높이기 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다. 위에서 설명한 방법을 이용하여 예측 정확도를 높이는 것도 중요하지만, 본 글에서 사용한 방법은 비틀림 진동 패턴도 쉽게 추정할 수 있으므로, 주요 제진 사양 선택에 대한 의사결정에 큰 도움이 될 것이다. 초기 디자인 단계에서는 그럴 것으로 예상합니다.

부록 3] 회귀식을 바탕으로 해석결과와 고유진동수의 비교. 부록 5] 관성모멘트 및 비틀림 강성 계산을 위한 단순화된 모델의 고유진동수 및 피크 응답 비교. 샤프트 설계 초기 단계에서 머신러닝을 활용하여 구동 샤프트 시스템의 비틀림 진동 측면을 평가합니다.