로드셀의 구조 해석이란
로드셀이 하중을 받고 받은 하중에 의해서 로드셀 내부의 스트레인게이지가 변형하면서
전기 신호를 발생 시키는 과정을 수치 해석으로 예측하여
출력 특성과 안전성을 검증하는 과정을 이야기합니다
해석의 목적
로드셀 구조 해석을 하는 이유는 하중에 따른
로드셀의 응력, 변형률, 변위를 계산하여
게이지 위치의 변형의 정도가 얼마나 되는지 전기 출력을 예측하고
항복/피로 파손 가능성으로 안전 여부를 판단하기 위해서 입니다
구조 해석을 해야하는 이유
- 안전성 확보
- 하중에 의해 부재가 항복하거나 파손되는 사고를 사전에 방지.
- 측정 정확도 예측
- 게이지가 받는 국부 변형(ε)이 곧 출력(mV/V)으로 연결되므로, 게이지 위치의 ε 예측은 측정 성능을 결정.
- 피로·내구성 검증
- 반복 하중 환경에서 수명(피로파괴 가능성)을 예측해 설계수명 보장.
- 조립·설치 영향 평가
- 볼트 프리로드, 접촉면 상태, 조립 공차 등이 신호와 응력경로에 미치는 영향 파악.
- 규격/인증 대응 자료 확보
- OIML 등 규격 요구사항을 만족시키기 위한 해석·시험 자료 준비.
- 비용·중량 최적화
- 불필요한 과설계를 막아 소재·가공 비용을 절감하면서 요구 성능을 만족.
구조 해석의 과정
- 모델링을 통해 로드셀 현상을 단순화합니다
- 실제 설치와 유사한 형태로 로드셀을 설치해 하중/경계조건을 부여합니다
- FEA를 수행하여 로드셀의 응력(σ)/변형률(ε)/변위를 구합니다
- 게이지 위치의 변형을 통해 출력 전압을 계산합니다
- 실제 캘리브레이션과 비교하여 보정하여 검증합니다
로드셀 구조 해석시 검토 목록
경계조건(설치 방식): 실제 설치(핀·볼트·고정/회전 가능)를 모델에 반영.
게이지 부착부 변형률(ε): εxx, εyy, εxy 추출 → 예상 출력 계산.
최대 응력(von-Mises): 항복·안전계수 산정.
응력집중부(필렛·홀 등): 국부 파손 가능성 확인.
메쉬 수렴검증: 게이지 주변 메쉬 치밀화 및 수렴성 확인.
접촉/프리로드 모델링: 조임 토크·접촉면 하중분포 반영.
비선형성 여부: 큰 변형·접촉 비선형이 있는지 확인.
피로 해석: 실제 하중 스펙(진폭·횟수) 기반 S-N 또는 Miner 적용.
동적(진동) 검토: 사용환경에 진동·충격이 있다면 모달·응답 해석 수행.
온도 보상 및 환경영향: 열영향·부식·접착제 노화 영향 평가.
전기적 이슈: 브리지 온도보상, 와이어 스트레인, 접지·노이즈 대책.
로드셀 구조해석 팁
- 게이지 주변 메쉬를 더욱 촘촘하게 하여 정확도를 높입니다
- 대칭이 있을 경우 대칭 모델을 해석해 시간을 절약합니다
- 오버로드는 통상 정격의 120~150%로 기계적 스톱으로 제한합니다
- 열 보상용 더미 게이지 또는 대칭 브리지 배치로 온도 드리프트를 최소화합니다
- 해석 결과는 반드시 실물 캘리브레이션으로 보정합니다
구조 해석 사례
A 로드셀 500kg을 형태 변경(NECK)으로 안전계수 확보
기존 사용하시던 로드셀이 하중을 견디지 못해
파손되는 일이 발생하였고
이것을 해결하기 위해 구조 해석을 진행 하였습니다
로드셀 구조를 변경하여 기존의 내구성이 떨어지는 곳을 보강하여
로드셀의 안전 계수가 증가한 것을
확인할 수 있습니다
번외 안전 계수
안전 계수랑 로드셀의 재료가 되는 금속이
로드셀에 부담되는 하중에 대하여 버티는 정도를
계수로 보여주는 것으로 안전 계수가 높다는 것은
그만큼 로드셀의 안전성을 높다는 의미가 되기도 합니다
하지만 안전계수가 지나치게 높을 경우 로드셀의
제작에 사용되는 재료에 낭비가 있을 수 있고
안전계수가 지나치게 높으면 로드셀 내부의
스트레인 게이지의 변형률이 낮아 로드셀의 정확도가 떨어집니다
마치며
로드셀의 설계에서 구조 해석은 단순 강도 계산을 넘어
측정 성능과 신뢰성을 동시에 보장하는 핵심 단계입니다
작은 형상/조립 변경이 출력과 수명에 큰 영향을 미치므로, 해석을 통한 정량적 판단과
실제 캘리브레이션을 함께 수행하는 것이 좋습니다
만일 이 글을 보시는 고객님께서 로드셀을 구매하시는데 있어
구조 해석이 필요하시다면 저희 카스스케일 코리아에서 로드셀의
구조 해석을 진행해 드릴수 있습니다
궁금한 사항이나 솔루션이 필요하시다면
필요하신 사양과 어떤 용도로 사용하실지 확인 후
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